复杂网络的攻击策略研究

摘要

随着科技的发展，我们的生活中到处充满着复杂系统，复杂网络逐渐成为科学家们研究的热点。复杂网络给我们的生活带来了很大的便利，但是复杂网络无时无刻不受到各种攻击，包括随机攻击和恶意攻击。因此，复杂网络的抗毁性研究变得尤为重要，其中复杂网攻击策略是抗毁性研究的关键。本文首先分析了网络的抗毁性和经典攻击策略的攻击效率，结合网络的抗毁性和拓扑结构特性，提出了联合型攻击策略，包括IDB策略和RDB策略。并提出了基于熵的攻击策略，包括IE(Information entropy)、CE(Crossentropy)和LE（Local entropy）。最后，结合攻击效率和攻击代价来衡量新提出的攻击策略的攻击效果。
　　本研究主要内容包括：⑴网络模型的建立与分析。为了全面分析不同网络模型的抗毁性，本文选取了三种标准的网络模型(ER随机网络、WS小世界网络和BA无标度网络)和三种现实网络模型。⑵网络抗毁性分析。指数网络都具有很强的鲁棒性，在静态攻击下至少移除80％的节点网络才濒临崩溃，即使在最有效的攻击策略RBC的攻击下也要移除40％的节点。BA无标度网络在受到攻击时比较脆弱，静态攻击下只需移除40％的节点网络就陷入瘫痪，而在动态攻击下仅仅移除20％的节点网络就瘫痪。三种real-world网络无论面临随机攻击还是恶意的攻击都非常易毁，这是由于real-world网络不规则，当网络中少数的hub节点受到攻击时网络的拓扑结构就遭到严重破坏。⑶攻击策略的攻击效果分析。本文以首先分析了经典攻击策略的攻击效率，以基于DC(Degree centrality)和BC（Benweenness centrality）的攻击策略为参考衡量新提出的攻击策略的攻击效率。在WS小世界网络中，IDB的攻击效率与IDC相比提高了20％，RDB较RDC提高了30％;在The power-grid网络中，IDB的攻击效果是最好的，攻击效率远大于其它攻击方式。在ER随机网络和BA无标度网络中，ICE的攻击效果是最好的;其中，BA无标度网络中，ICE策略的攻击效率与IBC相比提高了25％。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 复杂网络的研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复杂网络国内外研究现状

1．2．2 复杂网络抗毁性国内外研究现状

1．2．3 复杂网络攻击策略国内外研究现状

1．3 本文主要的研究内容和工作安排

第2章 复杂网络理论

2．1 复杂网络的静态特征

2．1．1 节点度和度分布

2．1．2 介数中心性

2．1．3 特征向量中心性

2．1．4 接近度中心性

2．2 复杂网络的网络模型

2．2．1 规则网络

2．2．2 ER随机网络

2．2．3 WS小世界网络

2．2．4 BA无标度网络

2．2．5 real-world网络

2．3 复杂网络的抗毁性测度

2．3．1 最大连通子图

2．3．2 平均反测地线距离

2．4 复杂网络分析软件Pajek

2．5 本章小结

第3章 复杂网络的经典攻击策略研究

3．1 基于中心性的经典攻击策略

3．1．1 基于度中心性的攻击策略

3．1．2 基于介数中心性的攻击策略

3．1．3 基于接近度中心性的攻击策略

3．2 介-度相关性

3．3 攻击效率及网络抗毁性分析

3．3．1 攻击效率分析

3．3．2 网络抗毁性分析

3．4 本章小结

第4章 改进的攻击策略研究

4．1 基于熵的攻击策略

4．1．1 基于信息熵的攻击策略

4．1．2 基于局部熵的攻击策略

4．1．3 基于交叉熵的攻击策略

4．2 联合型攻击策略

4．3 改进的攻击策略的攻击效率分析

4．3．1 静态攻击策略的攻击效率分析

4．3．2 动态攻击策略的攻击效率分析

4．3．3 攻击代价分析

4．4 本章小结

第5章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作

致谢