[發(fā)明專利]一種基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型構(gòu)建方法

在審

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• 申請日: 2022-08-29
• 公開（公告）號: CN115941235A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王淑良;孫靜雅;張建華;董琪琪
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇師范大學(xué)
• 主分類號: H04L9/40
• 分類號: H04L9/40;H04L41/12;G06F17/18
• 代理公司: 南京縱橫知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32224
• 代理人: 雷向永

本發(fā)明提供一種基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型構(gòu)建方法，采用多屬性決策理論識別關(guān)鍵節(jié)點，通過四種常用節(jié)點評價指標利用集合熵權(quán)法的理想解距法得到綜合性的節(jié)點評價指標；將該指標用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防模型中，利用節(jié)點的重要性排序部署防御性資源，達到網(wǎng)絡(luò)防御的目的；基于博弈論，建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的攻防博弈模型；通過提出的基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型可以找到關(guān)鍵節(jié)點，并在高重要度的節(jié)點上投入資源通過博弈論的求解找到最優(yōu)的資源部署，達到資源的有效利用和網(wǎng)絡(luò)的保護。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)脆弱性和安全博弈領(lǐng)域，具體涉及一種基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型構(gòu)建方法。

背景技術(shù)

通信、電力、鐵路、能源系統(tǒng)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)在維護社會穩(wěn)定中發(fā)揮著重要作用。一旦這些設(shè)施受損將會對人民群眾生命財產(chǎn)安全造成嚴重的影響。所以，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的保護問題成為近年來系統(tǒng)安全領(lǐng)域的熱門話題。關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施通常包含多個系統(tǒng)組件，具有明顯的網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，現(xiàn)在有的研究大多將其抽象為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析其結(jié)構(gòu)。而復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)拓撲結(jié)構(gòu)使得網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性變化很大，對網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能有很大的影響。當網(wǎng)絡(luò)中的這些節(jié)點發(fā)生故障時，它們的影響會迅速擴散到整個網(wǎng)絡(luò)。因此，如何準確量化復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點的重要性，找出關(guān)鍵節(jié)點具有重要的理論和現(xiàn)實意義，并且，現(xiàn)在也亟需一種方法來解決網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵節(jié)點識別，以及預(yù)先的資源投入降低網(wǎng)絡(luò)遭遇攻擊時性能下降的問題。

發(fā)明內(nèi)容

為全面解決上述問題，尤其是針對現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型構(gòu)建方法能夠全面解決上述問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)手段：

一種基于節(jié)點重要性的網(wǎng)絡(luò)攻防博弈模型構(gòu)建方法，包括以下步驟：

步驟S1、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防模型建模：

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)采用簡單的無向圖G(V,E)來表示，其中V是節(jié)點集，是邊集；

節(jié)點數(shù)|V|用n表示，假設(shè)A(G)＝(a_ij)_N×N是G的鄰接矩陣，如果節(jié)點v_i和v_j相鄰，則有a_ij＝a_ji＝1，否則a_ij＝a_ji＝0；

節(jié)點v_i的度數(shù)為等于與其相連的邊的數(shù)目；

步驟S2、關(guān)鍵節(jié)點識別：

通過度中心性、介數(shù)中心性、接近中心性和特征向量中心性四種節(jié)點評價指標得到評價初始矩陣，再根據(jù)基于熵權(quán)法的理想解距法計算節(jié)點的重要性，得到綜合的評價指標；

將得到綜合的評價指標用于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防模型中，利用節(jié)點的重要性排序部署防御性資源，達到網(wǎng)絡(luò)防御的目的；

步驟S3、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防博弈模型建模：

基于博弈論，建立復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防博弈模型，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的攻防博弈模型包括模型的基本假設(shè)模型、成本模型、策略模型和收益模型。

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案：所述步驟S2中節(jié)點的度中心性代表的是節(jié)點的直接影響力，表示如下：

其中，k_i為節(jié)點i的度；

對于有n個節(jié)點的連通網(wǎng)絡(luò)，可以計算任意一個節(jié)點v_i到網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點的平均最短距離：

本發(fā)明進一步的優(yōu)選方案：所述步驟S2中節(jié)點的介數(shù)中心性一般指最短路徑介數(shù)中心性，刻畫了節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)中沿最短路徑傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)流的控制力；節(jié)點v_i的介數(shù)定義為：