论文部分内容阅读
近十几年来,以Barabasi、Holme为代表的研究人员,采用随机或蓄意攻击策略,对多种模型网络和真实网络的结构脆弱性进行了深入的分析和研究,取得了许多有建设性的成果。在这些研究中,无论是采用随机攻击策略,还是采用蓄意攻击策略,在选择移除多个节点或边时,均未要求这些节点或边必须是相邻的。然而,对近几年曝光的网络攻击方式进行分析,发现攻击者摧毁网络中的节点往往是相邻的。此外,随着“鲁棒又脆弱”结论的广泛传播,网络中度值、介数值大的关键节点已被人们列为重点保护对象,很难被直接攻击或破坏,而其周围的邻居节点因防范较弱,相对较易被破坏,常常被攻击者列为首选攻击目标。可见,当前在网络信息安全领域采用的攻击策略和传统的随机/蓄意攻击策略存在很大不同。基于上述分析,本文设计提出树形攻击策略、近似最长路径攻击策略、最短路径攻击策略和邻居节点攻击策略四类新型攻击策略,对Random、Scale-free和Small-world三种模型网络以及USAir、NetSience、中国高速铁路网等八种实证网络的结构脆弱性进行分析。概括起来,本文的主要工作如下:(1)基于树形攻击策略的复杂网络结构脆弱性分析。针对攻击者在入侵多个相邻节点后,才实施攻击的现状,设计提出RRN、MaxDRN、Min DRN和MaxBRN四种树形攻击策略。Random、Scale-free和Small-world三种模型网络结构脆弱性研究发现Scale-free网络最脆弱,Random网络次之,Small-world网络最鲁棒(依据LCC’vs.RN和L’vs.RN实验数据);且Max DRN和MaxBRN树形攻击策略对网络的破坏性最强(依据LCC’vs.Step和L’vs.Step实验数据),其中对Scale-free网络最为显著;以及Random和Small-world网络的平均密度值<k>越大,达到网络完全不连通状态时,需要迭代执行攻击总次数Step值越小。Word adjacencies、USAir、NetSience、Polblogs、Football和Roget六种实证网络结构脆弱性研究验证了四种树形攻击策略中MaxDRN和MaxBRN对网络破坏性最强的结论。(2)基于近似最长路径攻击策略的复杂网络结构脆弱性分析。依据Pu提出的RPA近似最长路径攻击策略,设计提出BLP和DLP两种近似最长路径攻击策略。Random、Scale-free和Small-world三种模型网络结构脆弱性研究发现Scale-free网络最脆弱,Random网络次之,Small-world网络最鲁棒(依据LCC’vs.RN和L’vs.RN实验数据);且BLP和DLP攻击策略均比RPA攻击策略的破坏性强;以及Random和Small-world网络的平均密度值<k>越大,达到网络完全不连通状态时,需要迭代执行攻击总次数Step值越小。中国高速铁路网和北京地铁网两种实证网络结构脆弱性研究验证了BLP和DLP近似最长路径攻击策略比RPA近似最长路径攻击策略破坏性更强的结论。(3)基于最短路径攻击策略的复杂网络结构脆弱性分析。依据Milgram“六度分割”理论的衍生结论——“人们更倾向于选择网络中两个节点之间的最短路径”,设计提出RSP、BSP和DSP三种最短路径攻击策略。Random、Scale-free和Small-world三种模型网络结构脆弱性研究发现Scale-free网络最脆弱,Random网络次之,Small-world网络最鲁棒(依据LCC’vs.RN和L’vs.RN实验数据);且达到网络完全不连通状态时,BSP攻击策略需要移除节点比例RN值最低;以及Random、Scale-free和Small-world网络的平均密度值<k>越大,需要迭代执行攻击总次数Step值越大。中国高速铁路网和北京地铁网两种实证网络结构脆弱性研究验证了达到网络完全不连通状态时,BSP攻击策略下需要移除节点比例RN值最低的结论。(4)基于邻居节点攻击策略的复杂网络结构脆弱性分析。针对最大度值/介数值节点周围邻居节点常常被作为首选攻击目标的现状,设计提出NND和NNB两种邻居节点攻击策略。Random、Scale-free和Small-world三种模型网络结构脆弱性研究发现Scale-free网络最脆弱,Random网络次之,Small-world网络最鲁棒(依据LCC’vs.RN和L’vs.RN实验数据);且达到网络完全不连通状态时,三种模型网络的StepNND>StepNNB、RNNND>RNNNB;以及Random和Small-world模型网络的平均密度值<k>越大,需要迭代执行攻击总次数Step值越小。Word adjacencies、USAir、NetSience、Polblogs、Football和Roget六种实证网络结构脆弱性研究验证了StepNND>StepNNB、RNNND>RNNNB的结论。(5)四类新型攻击策略下不同复杂网络结构脆弱性总结与对比。对树形攻击策略、近似最长路径攻击策略、最短路径攻击策略和邻居节点攻击策略四类新型攻击策略下,Random、Scale-free和Small-world三种模型网络结构脆弱性研究成果进行归纳总结与对比,并分析了相同特征与不同特征。