[發(fā)明專利]一種基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性評估方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010116118.6
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111464327A
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 禚明;劉樂源;萬思敏;楊鵬;周世杰;黃文
• 申請（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 51214
• 代理人: 夏琴

本發(fā)明公開了一種基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性評估方法，包括：步驟1，確定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌徊襟E2，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)均衡度：(1)對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行排序；(2)計(jì)算目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性數(shù)學(xué)期望；(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性數(shù)學(xué)期望計(jì)算網(wǎng)絡(luò)均衡度；步驟3，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)橋接度；(1)訓(xùn)練圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分類；(2)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分割攻擊效率；(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割攻擊效率計(jì)算網(wǎng)絡(luò)橋接度；步驟4，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)均衡度和網(wǎng)絡(luò)橋接度計(jì)算得到網(wǎng)絡(luò)抗毀性。分析本發(fā)明與經(jīng)典的跳面節(jié)點(diǎn)法、結(jié)構(gòu)差異度法在計(jì)算網(wǎng)絡(luò)抗毀性方面的特點(diǎn)，證明本發(fā)明能夠更為準(zhǔn)確地區(qū)分出不同規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的抗毀性大小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空間信息網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性評估方法。

背景技術(shù)

空間信息網(wǎng)絡(luò)由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、地基節(jié)點(diǎn)網(wǎng)、地面互聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)等多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)融合而成，并將在提供長距離、全覆蓋的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)方面發(fā)揮越來越重要的作用，對實(shí)現(xiàn)國家“國家利益到哪里，信息網(wǎng)絡(luò)就覆蓋到哪里”的安全戰(zhàn)略目標(biāo)具有重要意義。由于空間信息網(wǎng)絡(luò)具有衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)暴露且信道開放、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓叨葎討B(tài)變化、星上節(jié)點(diǎn)處理能力受限等獨(dú)有的特點(diǎn)。根據(jù)以上的特點(diǎn)，攻擊者通過信號干擾、欺騙攻擊、路由偽造/篡改等手段對網(wǎng)絡(luò)中的重要節(jié)點(diǎn)實(shí)施蓄意攻擊。當(dāng)一個(gè)或幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遭到打擊失效后，整個(gè)空間信息網(wǎng)絡(luò)的性能將大幅下降，甚至發(fā)生級聯(lián)失效現(xiàn)象，從而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。除此之外，空間信息網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)龐大且復(fù)雜的系統(tǒng)，這導(dǎo)致了前期建設(shè)的成本高昂且后期節(jié)點(diǎn)維護(hù)困難。在此背景下，對空間信息網(wǎng)絡(luò)的安全性和抗毀性進(jìn)行準(zhǔn)確和有效的評估就變得尤為重要。

網(wǎng)絡(luò)的抗毀性是描述網(wǎng)絡(luò)失效情況下通信業(yè)務(wù)的損傷程度的重要指標(biāo)。Albert等在論文《Error and attack tolerance of complex networks》中闡述了如何使用網(wǎng)絡(luò)的一些基本特征來衡量網(wǎng)絡(luò)的抗毀性，并指出相對于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在隨機(jī)攻擊下抗毀性相對較強(qiáng)，而在選擇性攻擊下抗毀性相對較弱。隨后，其他學(xué)者從不同角度對網(wǎng)絡(luò)的抗毀性進(jìn)行了深入研究。然而，已有的抗毀性算法在空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性分析方面存在不足之處，一是沒有針對空間信息網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由特點(diǎn)進(jìn)行分析，二是沒有針對衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)可能受到的重要節(jié)點(diǎn)攻擊以及網(wǎng)絡(luò)分割攻擊等方式進(jìn)行抗毀性分析。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：針對上述存在的問題，提供一種基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性評估方法，該方法在目前已有的基于節(jié)點(diǎn)重要性算法評估網(wǎng)絡(luò)抗毀性的基礎(chǔ)上，引入圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)理論，實(shí)現(xiàn)對空間信息網(wǎng)絡(luò)的抗毀性評估。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于圖卷積網(wǎng)絡(luò)的空間信息網(wǎng)絡(luò)抗毀性評估方法，包括如下步驟：

步驟1，確定目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌?/p>

步驟2，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)均衡度：

(1)對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行排序；

(2)計(jì)算目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性數(shù)學(xué)期望；

(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性數(shù)學(xué)期望計(jì)算網(wǎng)絡(luò)均衡度；

步驟3，計(jì)算網(wǎng)絡(luò)橋接度；

(1)訓(xùn)練圖卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分類；

(2)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)分割攻擊效率；

(3)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)分割攻擊效率計(jì)算網(wǎng)絡(luò)橋接度；

步驟4，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)均衡度和網(wǎng)絡(luò)橋接度計(jì)算得到網(wǎng)絡(luò)抗毀性。

進(jìn)一步地，步驟1中采用鄰接矩陣抽象目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

進(jìn)一步地，步驟2中采用特征向量中心性算法對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的重要性進(jìn)行排序，計(jì)算公式如下：