一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，屬于網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)日益普及并逐漸成為信息傳播的重要紐帶。無論是軍事、經(jīng)濟(jì)、政治還是文化、體育、衛(wèi)生等社會生活的各個領(lǐng)域，也無論是政府、企業(yè)還是個人，都已經(jīng)越來越離不開計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的安全問題也逐漸成為人們關(guān)注的焦點，網(wǎng)絡(luò)攻擊為數(shù)日益眾多，而且危害越來越大，其中尤以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)病毒為甚。
[0003]與生物病毒類似，可通過建立模型來研究病毒傳播行為。上世紀(jì)90年代初，Kephart和White提出計算機(jī)病毒的傳播是一個非線性的動態(tài)系統(tǒng)，類似于在人群中的流行病的蔓延，因此在流行病學(xué)模型的啟發(fā)下通過構(gòu)造有限狀態(tài)自動機(jī)來建立計算機(jī)病毒的傳播模型，并理解和控制其傳播行為。這個模型基于生物流行病學(xué)并使用非線性微分方程定性了解病毒的傳播，其中有限狀態(tài)包括易染態(tài)S，感染態(tài)I和免疫態(tài)R。SI模型、SIS模型和SIR模型是目前較為經(jīng)典的流行病毒傳播模型。
[0004]在SI模型里，個體一旦被感染就會永久處于被感染狀態(tài)此模型通常用于描述染病后不能治愈的病毒，或是對于突然爆發(fā)尚缺乏有效控制措施的病毒，如黑死病和非典等；在SIS模型中，每個體也只有易感染狀態(tài)與感染狀態(tài)兩種狀態(tài)，但與SI模型不同的是，它考慮了個體感染后補(bǔ)治愈的可能，被治愈的個體對該病毒仍然是易感染的；SIR模型考慮到某些有傳染能力的個體在病毒傳播過程中會被治愈，處于治愈狀態(tài)。被治愈個體是指那些不管是否被感染，但此刻不再參與傳播的個體，這種狀態(tài)的個體不會再對病毒的傳播起到任何作用。SIR模型適合于表示感染者在治愈后可以獲得終身免疫力的病毒，如水痕、麻疫等。
[0005]后來有學(xué)者考慮免疫期過一段時間會消失，或者考慮疫苗存在失效的情況，提出了 SIRS模型，該模型中免疫個體以某一概率逐漸喪失其免疫力，最終又成為易感染個體。
[0006]以上模型在一定程度上模擬了生物病毒的傳播行為，但其并不能很好的描述當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)病毒的傳播行為，尤其涉及反病毒技術(shù)在病毒傳播過程中起的抑制作用以及反病毒技術(shù)的應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)病毒傳播的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有病毒傳播模型考慮不全面的問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種節(jié)點狀態(tài)全面、并且考慮反病毒技術(shù)因素的網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，同時在模型中考慮到免疫可能存在失效的情況。
[0008]為實現(xiàn)以上的技術(shù)目的，本發(fā)明將采取以下的技術(shù)方案:一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0009]步驟(1)、網(wǎng)絡(luò)初始化:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點存在四種狀態(tài)，易傳染態(tài)(S)、已感染態(tài)(I)、隔離態(tài)(Q)、免疫態(tài)(R)，其中，易傳染態(tài)節(jié)點可被病毒感染；已感染態(tài)節(jié)點可向鄰居節(jié)點傳播病毒；隔離態(tài)節(jié)點不具備傳播病毒能力，也不能被感染；免疫態(tài)節(jié)點不能被病毒感染；
[0010]步驟(2)、病毒傳播過程:每個已感染態(tài)(I)節(jié)點以病毒傳播率α向鄰居節(jié)點傳播病毒;
[0011]步驟(3)、節(jié)點檢測過程:檢測各節(jié)點是否為已感染節(jié)點，如果是，以隔離治療率β進(jìn)行隔離治療，并且隔離治愈率為λ ;步驟(2)和步驟(3)同時進(jìn)行；
[0012]步驟(4)、免疫與免疫失效過程:模型運行一段時間后以疫苗注射率γ對易傳染態(tài)(s)節(jié)點和已感染態(tài)(I)進(jìn)行疫苗注射，疫苗失效率為η ；
[0013]步驟(5)、模型評價:分析網(wǎng)絡(luò)中影響病毒傳播的因素。
[0014]步驟(6)、提出免疫策略。
[0015]前述的一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，在步驟(1)中，網(wǎng)絡(luò)初始化的參數(shù)包括:節(jié)點總數(shù)η，平均節(jié)點度<k>，初始已感染節(jié)點數(shù)η。，病毒傳播率α，隔離治療率β，隔離治愈率λ，治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ，疫苗注射率γ，疫苗失效率q。
[0016]前述的一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，步驟(3)的具體過程為:
[0017]步驟(3-1)、每個已感染態(tài)(I)節(jié)點以隔離治療率β被臨時移出網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行隔離治療；
[0018]步驟(3-2)、每個隔離態(tài)(Q)節(jié)點被治愈的速率為隔離治療率λ，治愈的節(jié)點成為易感染態(tài)⑶節(jié)點的概率為1_μ ;
[0019]步驟(3-3)、每個隔離態(tài)(Q)節(jié)點被治愈的速率為隔離治療率λ，治愈的節(jié)點具有防疫能力的概率為治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ。
[0020]前述的一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，步驟(4)的具體過程為，
[0021]步驟(4-1)、模型運行一段時間后，易傳染態(tài)⑶節(jié)點和已感染態(tài)⑴節(jié)點以疫苗注射率γ接種疫苗成為免疫態(tài)(R)節(jié)點；
[0022]步驟(4-2)、免疫態(tài)(R)節(jié)點免疫失效的速率為疫苗失效率η，失效后成為易感染態(tài)⑶節(jié)點；
[0023]步驟(4-3)、病毒傳播直到網(wǎng)絡(luò)中不存在已感染態(tài)(I)和隔離態(tài)(Q)節(jié)點為止。
[0024]前述的一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，步驟(5)、模型評價，分別從節(jié)點總數(shù)η、平均節(jié)點度<k>、初始已感染節(jié)點數(shù)η。、病毒傳播率α、隔離治療率β、隔離治愈率λ、治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ、疫苗注射率γ、疫苗失效率η探討對病毒傳播的影響；
[0025]步驟(5-1)、病毒傳播率α越大，病毒傳播的越快，節(jié)點被感染的比例就越高；
[0026]步驟(5-2)、β越大，感染節(jié)點消失的越快；
[0027]步驟(5-3)、疫苗注射率γ越大，感染節(jié)點的比例就越小，同時感染節(jié)點消失的越快，這說明疫苗注射率越大，越有助于抑制病毒的傳播；
[0028]步驟(5-4)、治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ越大，感染節(jié)點的比例就越小，感染節(jié)點消失的越快；
[0029]步驟(5-5)、疫苗失效率η越大，網(wǎng)絡(luò)中感染節(jié)點抑制效果越差，在采取免疫措施時要控制疫苗的失效概率低于一定的數(shù)值；
[0030]步驟(5-6)、<k>越大，網(wǎng)絡(luò)的平均節(jié)點度越大，感染節(jié)點所占比例就越大，感染時間越長；
[0031]步驟(5-7)、節(jié)點總數(shù)和初始已感染節(jié)點數(shù)的比例越大，感染速度越快，感染節(jié)點所占比例越大。
[0032]前述的一種網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為建模方法，在步驟￠)中，通過增大疫苗注射率γ、增大治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ、減少疫苗失效率η、對節(jié)點度高的節(jié)點實施重點免疫以對抗病毒傳播。
[0033]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:在本模型中，考慮到反病毒技術(shù)在病毒傳播過程中起的抑制作用，我們在SIR模型的基礎(chǔ)上增加了一種節(jié)點的狀態(tài):隔離態(tài)(Q);同時我們又考慮到免疫可能存在失效的情況，所以免疫態(tài)(R)節(jié)點會以一定的概率失效成為易感染態(tài)節(jié)點；并且基于本模型的仿真數(shù)據(jù)分析，我們得到模型中關(guān)鍵參數(shù)對病毒傳播的影響，基于這些分析，從而便于使用者得到此模型的針對性免疫策略。
【附圖說明】
[0034]圖1為一種模擬網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為的建模方法步驟圖；
[0035]圖2為SIQR模型狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；
[0036]圖3為病毒傳播過程流程圖；
[0037]圖4為節(jié)點檢測過程流程圖。
【具體實施方式】
[0038]附圖非限制性地公開了本發(fā)明所述的一種技術(shù)方案，以下將結(jié)合附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明所涉及實施例的技術(shù)方案。
[0039]根據(jù)圖1-4，一種模擬網(wǎng)絡(luò)病毒傳播行為的建模方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0040]步驟(1)、網(wǎng)絡(luò)初始化，具體參數(shù)如下:
[0041]節(jié)點總數(shù)n，平均節(jié)點度<k>，初始已感染節(jié)點數(shù)n。，病毒傳播率α，隔離治療率β，隔離治愈率λ，治愈后節(jié)點具有免疫功效概率μ，疫苗注射率γ，疫苗失效率q ;并且網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點存在四種狀態(tài)，易傳染態(tài)(S)、已感染態(tài)(I)、隔離態(tài)(Q)、免疫態(tài)(R)，其中，易傳染態(tài)節(jié)點可被病毒感染；已感染態(tài)節(jié)點可向鄰居節(jié)點傳播病毒；隔離態(tài)節(jié)點不具備傳播病毒能力，也不能被感染；免疫態(tài)節(jié)點不能被病毒感染。值得一提的是，本說明書中n、〈k>、η。、α、β、λ、μ、γ、η各自僅代表一種含義，但相同含義可能由不同的文字表述。其中病毒傳播率α，隔離治療率β，隔離治愈率λ，疫苗注射率γ，疫苗失效率q均為速率參數(shù)，以上速率單位為節(jié)點數(shù)/時間。
[0042]步驟(2)、病毒傳播過程:每個已感染態(tài)(I)節(jié)點以病毒傳播率α向鄰居節(jié)點傳播病毒，使得易感染態(tài)(S)節(jié)點變成已感染態(tài)(I)節(jié)點，病毒傳播率α為易感染態(tài)(S)節(jié)點變成已感染態(tài)(I)節(jié)點的速率，對應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(圖2)中的鏈路①。
[0043]步驟(3)、節(jié)點檢測過程，檢測各節(jié)點是否為已感染節(jié)點，如果是，以隔離治療率β進(jìn)行隔離治療，并且隔離治愈率為λ。通過防火墻、防病毒軟件等實現(xiàn)節(jié)點隔離。具體為:
[0044]步驟(3-1)、每個已感染態(tài)⑴節(jié)點以速率β (即隔離治療率)被臨時移出網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行隔離治療，對應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖(圖2)中的鏈路②；
[0045]步驟(3-2)、每個隔離態(tài)(Q)節(jié)點被治愈的速率為λ (即隔離治愈率)，治愈的節(jié)點成為易感染態(tài)(S)節(jié)點的概率為1-μ，對應(yīng)狀態(tài)轉(zhuǎn)換