[发明专利]一种基于节点重要性的网络攻防博弈模型构建方法

说明书

本发明提供一种基于节点重要性的网络攻防博弈模型构建方法，采用多属性决策理论识别关键节点，通过四种常用节点评价指标利用集合熵权法的理想解距法得到综合性的节点评价指标；将该指标用于复杂网络的攻防模型中，利用节点的重要性排序部署防御性资源，达到网络防御的目的；基于博弈论，建立复杂网络中的攻防博弈模型；通过提出的基于节点重要性的网络攻防博弈模型可以找到关键节点，并在高重要度的节点上投入资源通过博弈论的求解找到最优的资源部署，达到资源的有效利用和网络的保护。

技术领域

本发明涉及网络脆弱性和安全博弈领域，具体涉及一种基于节点重要性的网络攻防博弈模型构建方法。

背景技术

通信、电力、铁路、能源系统等关键基础设施系统在维护社会稳定中发挥着重要作用。一旦这些设施受损将会对人民群众生命财产安全造成严重的影响。所以，关键基础设施网络的保护问题成为近年来系统安全领域的热门话题。关键基础设施通常包含多个系统组件，具有明显的网络化结构，现在有的研究大多将其抽象为复杂网络分析其结构。而复杂网络的异构拓扑结构使得网络中节点的重要性变化很大，对网络的结构和功能有很大的影响。当网络中的这些节点发生故障时，它们的影响会迅速扩散到整个网络。因此，如何准确量化复杂网络中节点的重要性，找出关键节点具有重要的理论和现实意义，并且，现在也亟需一种方法来解决网络中关键节点识别，以及预先的资源投入降低网络遭遇攻击时性能下降的问题。

发明内容

为全面解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种基于节点重要性的网络攻防博弈模型构建方法能够全面解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种基于节点重要性的网络攻防博弈模型构建方法，包括以下步骤：

步骤S1、复杂网络的攻防模型建模：

网络基础设施系统采用简单的无向图G(V,E)来表示，其中V是节点集，是边集；

节点数|V|用n表示，假设A(G)＝(a_ij)_N×N是G的邻接矩阵，如果节点v_i和v_j相邻，则有a_ij＝a_ji＝1，否则a_ij＝a_ji＝0；

节点v_i的度数为等于与其相连的边的数目；

步骤S2、关键节点识别：

通过度中心性、介数中心性、接近中心性和特征向量中心性四种节点评价指标得到评价初始矩阵，再根据基于熵权法的理想解距法计算节点的重要性，得到综合的评价指标；

将得到综合的评价指标用于复杂网络的攻防模型中，利用节点的重要性排序部署防御性资源，达到网络防御的目的；

步骤S3、复杂网络的攻防博弈模型建模：

基于博弈论，建立复杂网络的攻防博弈模型，复杂网络的攻防博弈模型包括模型的基本假设模型、成本模型、策略模型和收益模型。

本发明进一步的优选方案：所述步骤S2中节点的度中心性代表的是节点的直接影响力，表示如下：

其中，k_i为节点i的度；

对于有n个节点的连通网络，可以计算任意一个节点v_i到网络中其他节点的平均最短距离：

本发明进一步的优选方案：所述步骤S2中节点的介数中心性一般指最短路径介数中心性，刻画了节点对网络中沿最短路径传输的网络流的控制力；节点v_i的介数定义为：