基于Netlogo的计算机网络病毒传播模型SIRH及仿真

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1、万方数据第27卷第2期青岛大学学报(自然科学版)2o14年5月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(NaturalScienceEdition)V01．27No．2Mav2O14文章编号：1006—1037(2014)02—0039一06doi：10．3969／j．issn．1006—1037．2014．05．10基于Netl090的计算机网络病毒传播模型SIRH及仿真张安勇h，邵世芬2，苏丽君¨(1．青岛大学a．继续教育学院，b．医学院，青岛266061；2．青岛海尔开利冷冻设备有限公司，青岛2660

2、71)摘要：基于实际网络的复杂性、重复感染和动态人为因素对病毒传播的影响，研究了BA无标度网络拓扑结构中SIRH模型，用仿真软件Netlogo动态地描绘了计算机网络病毒的传播过程。仿真结果表明，考虑重复感染和动态人为因素，有效地减弱了网络病毒的传播强度，大大缩减了病毒的生命周期，从而减低了病毒对整个网络的危害性。关键词：计算机网络病毒传播模型；复杂网络；动态人为因素；Netlogo中图分类号：TN911．7；N945．12文献标志码：A随着科学技术和网络的发展，计算机病毒的危害性日益严重。而反病毒技术通常依赖于病毒特征

3、的识别，而某些新型病毒能够通过免疫程序规避杀毒软件的检测[1]，因此研究计算机病毒的动力学传播特性，对提高网络的安全性和可靠性具有十分重要的意义。目前计算机病毒的研究模型分为两类：微观模型和宏观模型。Kepha等[23在1991年基于生物病毒和计算机病毒的一些共性，以微观模型的方法将生物学中的传染病模型及其分析方法应用计算机病毒的检测与清除中，该模型从病毒代码着手建立识别病毒的模型[3]，但是无法预测已感染病毒的计算机在网络中的动态行为。借鉴于生物流行病的仓室模型，宏观模型方法开始受到研究人员的关注n’5]，该模型通过

4、研究各仓室病毒的数量随时间的变化规律，预测病毒演化趋势，从而找到控制病毒传播的有效方法。近年来，计算机病毒的模型建立与分析受到国内外学者关注。Ren等[63考虑网络拓扑点的演化过程，建立了具有饱和传染率的SIR模型；Mark等[7]考虑流行病的易暴露、易感染性，提出了一种SEI模型来模拟病毒的传播；Han等[81考虑网络中的时滞现象，建立了SIRS模型来反映病毒传播的潜伏期；Newman等‘9。113探索了小世界网络模型的传播特性，对wS小世界网络模型的SIRS模型进行了探究。Boguna和Moreno等[12‘1副研

5、究了BA无标度网络中的SIR模型，并取得了初步的成果。考虑到现实生活中网络的复杂性、动态人为因素对病毒传播的影响，本文研究BA无标度网络拓扑结构中SIRH模型，用仿真软件Netlogo动态地描绘了计算机网络病毒的传播过程。仿真结果显示，考虑重复感染和动态人为因素，使网络模型更具有现实性，更合理有效地遏制了网络病毒的传播强度，大大缩减了病毒的生命周期。这也为防治网络病毒起到了一定的指导作用。1复杂网络中计算机网络病毒的传播模型1．1BA无标度网络复杂网络理论已经涉及到很多的学科，探讨的内容也非常广泛。以复杂网络理论为指导

6、来研究计算机网络病毒的传播机制，具有以下优势：(1)复杂网络是以研究网络拓扑结构来探讨网络病毒的传播模型，以发现更深层次的规律为目标，为研究计算机网络病毒的传播机制并遏制其传播提供强有力的指导。(2)复杂网络理论可以真实有效地刻画现实中复杂多变的实际网络，无论实际网络有多复杂、抽象，都可收稿日期：2014一03一11作者简介：张安勇，男，硕士，馆员，主要从事信息技术等方面研究。万方数据40青岛大学学报(自然科学版)第27卷通过数学解析的方法来建立模型。采用BA的无标度网络模型口6I，在基于对现实网络进行简化的同时将实际

7、复杂网络中的无标度特性归结为增长和优先连接两个特性[17

8、，其构造算法口8

9、：(1)网络规模增长特性一网络的规模与时间有关系。从结点总数为m。的网络开始构建，每次向网络中加入一个节点，与已经存在的m个节点连接，并满足m≤m。。(2)优先连接特性一新节点优先连接度较大的节点。新的节点与某个存在的节点i连接的概率Ⅱ。与节点i的度志。、节点歹的度点，的关系满足皿一轰㈩由经典的网络病毒传播知识可得出，病毒的传播强度越大，传播的范围越广[18I。人们可能认为如果病毒长期存在于网络中，早晚会传遍整个网络。但是事实并非如此，由于反病

10、毒技术(如杀毒软件、防火墙)的存在，计算机病毒一般会在网络中长期存在但不会蔓延到大多数节点。由于不同网络拓扑结构上的传播阈值不会影响网络病毒的传播过程‘1引，利用Pastor—Satorras等推出的SIS传播模型的阈值m153我们得到SIRH传播模型的阈值卜象㈦A。一_j÷(2)<患。>式中<走>为节点度的平均值。从(2)式中得