无补丁主机间蠕虫传播的混沌动力学研究

摘要

随着网络的发展，网络安全问题也日益突出。网络蠕虫肆虐，正给网络用户造成了巨大的损失。而蠕虫传播模型的研究对于揭示蠕虫的传播特性和规律，并提出行之有效的控制方法，有重要意义。传统的蠕虫传播模型多数采用线性方程描述，并且模型中的参数为常量，因此这些模型并不适于描述蠕虫传播的复杂过程。如果采用这些模型作为蠕虫传播的预测依据，那么就无法对其传播进行有效的控制，影响互联网的安全。因此，研究蠕虫的非线性传播动力学，是一项有重要意义的研究内容。
　　本文从Conficker蠕虫传播数据集中分析出了Conficker蠕虫的传播特性。然后在传染病学和非线性动力学的研究成果基础上，对Conficker蠕虫传播数据集反映出来的针对无补丁主机的重复感染现象进行建模，提出了蠕虫混沌传播模型CSI(ChaoticSusceptible-Infected)，然后对CSI模型在数值结果上进行了多种分析，研究了CSI模型中各个参数对蠕虫传播的影响，探讨了Conficker蠕虫传播由分叉到混沌的演化规律。
　　本文首先介绍了网络蠕虫和混沌的基本原理，然后对Conficker蠕虫传播数据集进行了细致的分析，发现了Conficker蠕虫的传播特性。接着在研究了一些经典的蠕虫传播模型的基础上，结合Conficker蠕虫针对无补丁主机的重复感染特性提出了蠕虫混沌传播模型CSI，并且对CSI模型进行了稳定性分析和混沌分析，讨论了被蠕虫感染主机的时间序列。数值结果表明了依赖于蠕虫传播率与恢复率比值的控制参数有三个临界值，将蠕虫传播分为了四种类型:无感染、感染增长、分叉和混沌。最后使用NS-2仿真软件对蠕虫混沌传播模型CSI进行了仿真，仿真结果也表明了这个控制参数对于蠕虫传播中出现的分叉和混沌现象起着决定性作用。同时，仿真结果也验证了通过抑制策略调整这个参数的值，可以有效地控制蠕虫传播状态。因此，蠕虫混沌传播模型CSI为今后无补丁主机间蠕虫传播以及蠕虫抑制的研究工作提供了理论依据。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 问题的提出

1．4 本文的主要内容及章节安排

第2章 网络蠕虫和混沌综述

2．1 网络蠕虫

2．1．1 网络蠕虫的定义

2．1．2 网络蠕虫的功能结构

2．1．3 网络蠕虫的工作流程

2．1．4 网络蠕虫的行为特征

2．1．5 网络蠕虫的扫描策略

2．2 混沌的定义及其基本概念

2．3 混沌运动的特征

2．4 混沌系统的判别

2．5 本章小结

第3章 Conficker蠕虫数据集分析

3．1 Conficker蠕虫的相关特性

3．2 CAIDA及Telescope简介

3．3 Conficker数据集

3．4 数据分析原则

3．5 数据集分析

3．6 数据集分析结果

3．7 本章小结

第4章 蠕虫混沌传播模型

4．1 传染病模型

4．2 经典蠕虫传播模型分析

4．2．1 Simple Epidemic模型

4．2．2 Kermack-Mckendrick模型

4．2．3 Two-Factor模型

4．2．4 Worm-Anti-Worm模型

4．3 蠕虫混沌传播模型

4．3．1 蠕虫混沌传播模型CSI的提出

4．3．2 蠕虫混沌传播模型CSI的平衡解及其稳定性分析

4．3．3 蠕虫混沌传播模型CSI的周期2解及其稳定性分析

4．3．4 蠕虫混沌传播模型CSI的Lyapunov指数分析

4．4 数值分析

4．4．1 被感染主机In的时间序列

4．4．2 关于σ的分叉和混沌

4．4．3 关于C的动力学迁移

4．5 本章小结

第5章 蠕虫混沌传播模型的仿真

5．1 开发环境

5．1．1 工具介绍

5．1．2 NS-2的特点

5．1．3 NS-2构件库

5．1．4 仿真步骤

5．2 蠕虫混沌传播模型CSI仿真

5．2．1 蠕虫混沌传播模型CSI仿真构建

5．2．2 仿真结果分析

5．3 本章小结

第6章 结论和展望

6．1 本文工作总结

6．2 进一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文及参加的项目