混合攻击下的网络保护策略研究

针对混合攻击策略对复杂网络造成的破坏性明显大于传统的点、边攻击策略这一现状,提出了基于不同类型连边的两种网络保护策略,以此提高网络的鲁棒性。通过对4种不同类型的仿真网络和实证网络进行了研究,研究结果表明:相比于混合随机攻击,混合蓄意攻击下几种不同类型网络的边连通率均较低,鲁棒性较差,而本文提出的两种保护策略均能够提高网络在混合蓄意攻击下的鲁棒性,且基于冗余边的保护策略,将网络的鲁棒性大约提高到原鲁棒性的1.5倍。     

基于分布式流的复杂网络上边级联失效

考虑现实网络中流的分布式传输方式和边的负载-容量关系,提出了一个带有可调权重参数的边级联失效模型.依据新的度量网络鲁棒性指标,探讨了两种典型复杂网络由蓄意边攻击而引发的级联失效行为.仿真结果表明,存在最优参数值使得网络达到最强抵制边级联失效的鲁棒性,能够显著降低灾害动力学发生的可能性.而且,网络的拓扑结构和平均度均对网络鲁棒性产生了影响。     

代价下复杂网络攻击策略有效性研究

为了预测攻击策略的有效性,提出了介数紧致系数、接近度紧致系数2个新的度量指标,并在考虑攻击代价条件下,理论分析了平均度、介数紧致系数、接近度紧致系数3个指标与攻击策略有效性的关系. 选取4种复杂网络作为实验网络,对实验网络在度攻击、介数攻击、接近度攻击策略下进行仿真. 实验结果表明,针对同一网络,度攻击策略最差;相同平均度下,介数/接近度紧致系数越小,则与此对应的介数/接近度攻击策略越有效.      

不同信息条件下加权复杂网络抗毁性仿真研究

针对加权复杂网络的抗毁性分析问题,选取网络效率和网络鲁棒性作为抗毁性的度量指标,对加权网络在不同信息条件下抗毁性的变化进行数值仿真模拟.最后,对成本和性能约束下加权网络的抗毁性进行定量分析,给出不同信息条件下加权网络抗毁性的优化策略.结果表明:在基于局部拓扑信息的攻击策略下,权重系数越大,网络的抗毁性越强;在基于全局拓扑信息的攻击策略下,网络的抗毁性要优于基于局部信息的攻击策略,且权重系数为0.5的网络在攻击初始阶段抗毁性最强;另外,若能在攻击早期加大对节点的防护力度,则会大大降低对网络性能的影响.     

边定向方法对随机网络抵制级联故障鲁棒性的影响

针对复杂网络抵制级联故障的鲁棒性问题,考虑节点权重和边的方向,通过扩展经典的全局介数方法定义节点负载,提出了新的随机网络级联故障模型.应用三种边方向确定策略,在具有单向边和双向边的随机网络上探讨了级联故障行为,分析了全局负载分布机制下定向边对网络抵制级联攻击鲁棒性的影响.仿真结果表明,对于随机网络,所使用的边定向方法均可以使得网络更加鲁棒.但是,不同的边方向确定策略和单向边比例对随机网络抵制级联故障鲁棒性的优化效果影响不大.     

城市轨道交通网络鲁棒性分析

为保障城市轨道交通运输网络的安全运营,使城市轨道交通网络改、扩、建优化策略更具有针对性,提升网络抗毁能力。通过复杂网络理论构建城市轨道交通网络路网模型,该模型引入虚拟换乘边概念,便于准确地描述网络中边的权重,并通过提出改进的边权函数以及交通流动态分配原则,建立了网络级联失效模型。以郑州市城市轨道交通网络进行了实证分析,结果表明:改进后的城市轨道交通网络级联失效模型能更为准确地仿真网络级联失效过程;网络在选择性攻击和随机性攻击下选择性攻击网络所呈现的鲁棒性较差。可见对于城市轨道交通网络优化时,应该重视提升关键节点的鲁棒性,实现网络高效运转。     

基于复杂网络理论的中国航路网络抗毁性分析

为有效评估航路点或航段失效对中国航路网络的影响,运用复杂网络理论建立的网络抗毁性测度方法,对中国航路网络模型的结构、运行特性及其抗毁性进行了实证分析.结合航路网络结构特性,以最大连通子图尺寸、聚集系数、整体效能下降率为测度指标,采用不同的攻击策略,对中国航路网络的抗毁性进行仿真分析:航路网络的抗毁性由少数航路点和航段维系的,无论节点攻击还是边攻击,网络总体表现出对随机攻击策略的鲁棒性及蓄意攻击的脆弱性,且边的抗毁性高于节点的抗毁性.其中,对网络模型连通性影响最大航路点是恩施、南充、天门等介数值较大的航路点;针对度及介数进行的蓄意攻击,攻击航路点数量达到6%时,就能使中国航空网络效率下降至50%左右;同时基于边介数策略攻击效果最好,表现出脆弱性.     

基于级联失效的复杂网络抗毁性

传统的复杂网络抗毁性研究主要基于网络静态连通性,而忽视了网络动态特征。该文在网络动态性基础上,研究级联失效条件下复杂网络的抗毁性能,对ER随机网络模型、BA无标度网络模型和PFP互联网拓扑模型这三种模型在不同攻击策略下的抗毁性进行了对比分析和仿真实验。实验结果表明：在随机攻击下,ER网络表现最为脆弱,而BA网络的抗毁性...     

城市复杂地铁网络级联失效抗毁性分析

为全面分析了解地铁网络抗毁性问题,保障地铁网络安全平稳运行。采用复杂网络级联失效理论对城市地铁网络抗毁性进行研究。以北京地铁网络为例,构建北京地铁网络级联失效模型,通过MATLAB软件实现级联失效模型的仿真运算,对比分析不同节点攻击策略北京地铁网络抗毁性。仿真结果表明:随机攻击策略对地铁网络破坏性相对较小,而面临节点重要度和介数的两种蓄意攻击策略时,地铁网络抗毁性较弱。并进一步为地铁网络建设以及运营管理提供理论支持。     

原图边与线图边扰动的相继故障仿真研究

本文将ER随机网络与BA无标度网络转化为线图结构,并将线图与原图的故障规模做归一化计算,提出基于BA无标度网络和ER随机网络拓扑结构的线图结构,继而进行线图边扰动的仿真实验,进行蓄意和随机两种方式的攻击,模拟相继故障的发生,并将其与原图边扰动的相继故障进行比较.通过对仿真结果中线图与原图间的阈值关系进行比较,实验结果表明:不论蓄意攻击还是随机攻击,在相同的扰动值下,原图引起的故障规模总是比线图大.     

复杂网络中节点重要性Damage度量分析

为从网络健壮性角度研究复杂网络中节点重要性指标Damage问题,理论分析了各类模拟网络包括Barabasi-Albert无标度网络、Erdos-Renyi随机网络以及树形网络上的Damage度量.实证分析了真实网络上Damage指标对于网络功能的影响以及Damage与度的相关性.通过统计分析比较了真实网络在面对Damage攻击及度攻击时的抵御能力.理论与实证分析结果表明:各类复杂网络中存在着数量不可忽视的Damage较大的节点;Damage是一种不可代替的衡量网络节点重要性的指标;Damage较大的节点对于真实网络的功能有重要影响.对于各种不同的网络,对比度攻击和Damage攻击过程,发现存在1个交叉点,在此点之前Damage攻击比度攻击更具破坏性.     

异质无标度网络上中心性对灾害蔓延的影响

基于一个普适性的灾害蔓延动力学模型,分别仿真分析了同质和异质两种网络结构上网络中心性对灾害蔓延的影响,着重讨论了在四种初始破坏节点选择策略下灾害蔓延过程及最终状态的差异。结果表明:对于四种攻击策略,同质网络和异质网络表现出同样的规律,网络对随机攻击具有比较强的鲁棒性,而对于目标攻击却显示出较强的脆弱性;另外,两种网络对于随机点、度及紧密度最大点攻击策略表现出同样的蔓延过程,而对于介数最大点则表现出明显区别。     

电力信息物理融合系统结构脆弱性分析

为了识别电力信息物理融合系统(Cyber Physical Power System,CPPS)脆弱性并制定相应脆弱性防控策略,从结构的角度,建立电力网为IEEE118节点系统、双星型信息网和网型信息网2种具有不同子网络结构的CPPS相依网络模型.提出一种相依节点对重要度综合指标,该指标可以辨识对CPPS结构脆弱性产生重大影响的相依节点对,克服单层网络指标的局限性.基于相依网络连锁故障模型,分别采用随机攻击策略和蓄意攻击策略,分析2种CPPS的结构脆弱性,并研究关键节点保护策略对2种CPPS结构脆弱性的影响.仿真结果表明,随机攻击策略下,网型信息网CPPS的结构比双星型信息网CPPS更加脆弱.蓄意攻击策略下,优先攻击相依节点对对网络连通性的破坏程度更大.合理选取关键节点保护策略的保护节点可以改善系统的结构脆弱性.     

矿井通风网络系统复杂性特征及其抗毁性研究

针对通风网络拓扑结构对通风系统安全可靠性的影响,利用复杂网络理论构建矿井通风系统有向网络模型,研究通风网络的基本拓扑性质。针对兴隆庄煤矿,通风网络节点的入度和出度都呈现幂律分布,网络呈现无标度网络特性。在此基础上将强连通分量、弱连通分量和网络效率作为度量指标分析网络抗毁性能,以攻击节点和边的方式进行随机攻击和选择性攻击,结果表明有向通风网络在随机攻击下具有较强的鲁棒性,但对选择性攻击十分脆弱。     

基于加权距离的局部离群点检测算法

针对不同属性对数据点之间距离贡献的不同,提出了一种用于距离度量的属性加权策略。标称属性通过属性取值的信息熵进行加权,数值属性通过属性取值的标准差进行加权,混合属性根据标称属性和数值属性综合加权,加权策略可以放大离群点与正常数据之间的差别。仿真实验区分不同的属性类型对所提加权策略进行了验证,实验结果证明了策略的有效性。     

无线传感器网络节点行为度量方案

随着电子信息技术的发展,无线传感器网络得到了日益广泛的应用,传统安全防护技术却无法直接应用于无线传感网中,传感器节点容易遭受到恶意攻击。该文提出了一种无线传感器网络的节点行为度量机制,对不同计算能力的节点采用不同的度量机制,具有实时度量和主动控制的特点。仿真实验表明,该方案充分考虑了无线传感器节点能耗问题,能够有效识别恶意节点,同时有更好的环境适应性,能够在部分节点遭到攻击时保障传感器网络顺畅运行。     

一种高效的攻击树串行建模方法

为克服传统并行结构攻击树效率低、实用性差等问题,通过引入攻击序列,提出一种具有普适性的串行攻击树模型及其构建方法,并对每个叶子节点定义了其权重,从而对攻击单元效能进行量化分析;再利用Dijkstra算法计算攻击树模型中的最优路径,给出最佳攻击策略. 通过对具有20个叶子节点的攻击树模型进行建模和分析,结果表明,新模型比传统并行模型具有更大的收益,攻击复杂度比传统模型降低65%.      

基于边信任度的混合参数自适应重叠社区发现算法

网络中的社区结构有助于简化网络拓扑结构分析,揭示系统内部的规律,能够为信息推荐和信息传播控制提供有力的支撑.网络重叠社区结构与真实生活更加接近,但其分析较非重叠社区结构更加困难.因此,针对重叠社区发现问题,在对网络的边进行峰值聚类的基础上提出了一种基于边信任度的混合参数的自适应重叠社区发现算法.定义了网络边的邻居边集合及与其邻居边之间的信任度函数,通过信息传递获取边的总信息量,并且基于此引入混合参数的概念.基于k-means算法使用混合参数对网络中的边进行聚类,即将网络中的边划分为核心边集与非核心边集,每个核心边作为一个聚类中心.根据非核心边到核心边的距离将所有非核心边划分至距离其最近的聚类中心所在社区.再根据网络中边与节点的关系实现重叠节点发现,最终实现重叠社区的发现.该算法的优点是每条边通过独立地完成信息扩散找到社区的结构,相比于传统的峰值聚类算法,不需要人为设置相关参数,实现重叠社区的自适应发现.为验证算法的可行性,对算法复杂度进行了分析,并且使用两种社区划分评价指标——标准化互信息和模块度,分别在人工数据集及6种真实数据集上进行实验,通过与其他算法进行对比分析,实验结果表明该算法更具可行性和有效性.     

加权BA网络负荷重分配建模及级联抗毁性研究

增强复杂网络在级联故障下的抗毁性具有重要的现实意义。文中考虑了网络中边之间的差异性,基于BA无标度网络模型构建了加权BA无标度网络模型,对负荷重分配策略进行建模,分析了分配过程中局部规模大小对网络抗毁性的影响,确定出了最佳负荷重分配策略,并研究了蓄意攻击条件下采取不同负荷重分配策略时重要网络参数对网络抗毁性的影响。仿真结果表明,局部规模越小、权重系数越小、平均度越大,网络的抗毁性越强,且采用就近局部负荷重分配策略时网络抗毁性始终高于采用就近全局负荷重分配策略时网络的抗毁性。研究结果可为提高复杂系统的级联抗毁性提供理论参考。     

基于非零和博弈的多路径组合攻击防御决策方法

针对网络攻防中多路径组合攻击的防御策略问题,根据网络中多攻击路径对抗的非合作及双方收益的特点,提出了一种基于非零和博弈的防御策略选取方法。首先,根据网络攻防的实际资源受限定义了攻击成本、惩罚因子、防御代价等参数,并对攻防双方的收益计算方法进行了优化;其次,基于多路径组合攻击过程,构建了非零和动态博弈模型,并计算出相应的攻防效益矩阵;最后,利用纳什均衡原理得出攻击者的最佳攻击效用,以及防御者的最优策略。该策略在多条攻击路径并存的威胁下,能够选择出防御效果最优的策略进行安全加固及防护。仿真实验验证了本文所提出方法的有效性,并分析了实际资源受限下攻击成本、惩罚因子、防御代价等参数设置对防御策略选取的影响。