[發明專利]基于冪指數可調的攻擊成本下復雜網絡邊攻擊方法

在審

• 申請號: 201611121138.2
• 申請日: 2016-12-08
• 公開（公告）號: CN106656464A
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 王爾申;王玉偉;佟剛;曲萍萍;龐濤;陳佳美
• 申請（專利權）人: 沈陽航空航天大學
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;H04L29/06
• 代理公司: 沈陽火炬專利事務所(普通合伙)21228
• 代理人: 李福義

技術領域

本發明涉及到復雜網絡魯棒性方面，具體是一種在冪指數可調的攻擊成本下研究不同邊攻擊策略對復雜網絡的攻擊方法。

背景技術

互聯網、軍事網、交通網、電力網等網絡為人們生活帶來極大的便利，但同時也存在著一系列的安全性問題.一些重要網絡遭受攻擊或者陷入癱瘓會使整個國家陷入混亂。為了優化網絡結構以增強網絡的抗攻擊性，對復雜網絡攻擊策略進行深入的研究愈發重要。

當前，復雜網絡邊攻擊策略的研究主要基于無成本前提假設，無成本是指移除網絡中節點或邊時不考慮攻擊成本，然而不同規模的網絡性質不同攻擊成本也不一樣。前人的研究對于節點做了考慮攻擊成本時的攻擊，并指出成本下對復雜網絡的研究更接近現實網絡.成本下是指移除網絡中節點或邊時需要考慮攻擊成本，雖然成本下研究攻擊策略更真實，但是對于邊的攻擊并沒有加入攻擊成本的研究。

發明內容

本發明針對現有復雜網絡邊攻擊策略存在的問題，提出一種基于冪指數可調的攻擊成本下復雜網絡邊攻擊方法。

本發明采用的技術方案是：基于冪指數可調的攻擊成本下復雜網絡邊攻擊方法，所述方法包括如下步驟:

第一步:首先生成一定規模的復雜網絡；

第二步:求出各條邊的權重；

第三步:利用邊權重得到邊攻擊策略；

第四步:開始攻擊并在攻擊過程中加入攻擊成本因素；

第五步:得出網絡規模與成本的關系。

所述的基于冪指數可調的攻擊成本下復雜網絡邊攻擊方法，其具體步驟如下:

第一步:首先生成一定規模的BA無標度網絡，其模型的構造方法:

(1)增長：開始于較少的節點數量m₀，在每個時間間隔增添一個具有m條邊的新節點，其中m≤m₀，連接這個新節點到m個不同的已經存在于系統中的節點上；

(2)擇優連接：在選擇新節點的連接點時，假設新節點連接到節點i的概率Π_i取決于節點i的度數k_i和節點j的度數k_j,即其中,j為網絡已存在的節點總數。

在經過t步后，產生一個包含N＝t+m₀個節點和mt條邊的網絡；

第二步:根據生成的網絡的節點的度按照邊權重的表示方法求出兩節點之間所連邊的權重；

第三步:按照邊攻擊策略中的邊權排序方式分別對邊進行排序，排序完再分別使用相關策略攻擊生成的網絡邊；

第四步:將被攻擊邊的權重添加到移除邊的權重總和中，按照總攻擊成本的公式再重新計算總攻擊成本ρ的值,如果ρ的值沒有比所給成本值大，那么這條邊被直接移除，繼續迭代直到ρ的值達到所給的成本值；

第五步:計算最大連通子圖的相對大小G；

經過上述步驟，可以得到不同邊攻擊策略下最大連通子圖G與冪指數θ的關系曲線圖以及最大連通子圖G與總攻擊成本ρ的關系曲線圖；通過觀察曲線圖中參數之間的變化關系可以得出對于采用什么攻擊策略來攻擊已知拓撲結構的網絡具有重要指導意義。

所述邊權重的表示方法：

一個具體的網絡可抽象為一個由點集V和邊集E組成的圖G＝(V,E)，頂點數記為N＝|V|,邊數記為M＝|E|；一般使用權重鄰接矩陣W＝(w_ij)_n×n,表示加權網絡權重，w_ij表示節點v_i和節點v_j連接的邊的權重，當網絡中各條邊的權值都相同時，加權網絡即退化為無權網絡；邊權與兩個節點的度相關，邊權重可以定義為:假設網絡的邊e_ij連接的兩個節點v_i和v_j的度值分別是k_i和k_j,那么這條邊的權重為w_ij＝w_ji＝(k_i*k_j)^θ，其中θ>0是一個可調的權重參數，用于描述邊權與節點度之間的相互關系。

所述的基于冪指數可調的攻擊成本下復雜網絡邊攻擊方法，所述邊的攻擊策略采用3種攻擊策略，即基于初始圖面向邊權重的重要性度量指標的攻擊，這3種攻擊策略分別為:

①將網絡生成的邊按照其權重大小隨機排序，按照此排序結果對邊進行攻擊；

②將網絡生成的邊按照其權重由小到大的順序進行排序，按照此排序結果對邊進行攻擊；