Internet蠕蟲傳播建模、分析與控制策略研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性的不斷增加，網(wǎng)絡(luò)安全問題日益嚴(yán)重。其中，蠕蟲以其傳播速度快、影響范圍大、破壞力強(qiáng)等特點(diǎn)已經(jīng)成為目前互聯(lián)網(wǎng)面臨的最為嚴(yán)重的安全威脅之一。例如，在2009年初爆發(fā)的Conficker蠕蟲感染了大約900萬～1500萬臺機(jī)器，并且關(guān)閉了政府部門和醫(yī)療機(jī)構(gòu)的一些重要服務(wù)器。不僅如此，該蠕蟲還構(gòu)建了一個(gè)龐大的Peer-to-Peer(P2P)僵尸網(wǎng)絡(luò)。僵尸網(wǎng)絡(luò)是由若干僵尸節(jié)點(diǎn)組成的、被攻擊者控制的網(wǎng)絡(luò)攻擊平臺。它

2、是由傳統(tǒng)惡意代碼進(jìn)化而來的一種新型的網(wǎng)絡(luò)攻擊方式，近年來已經(jīng)被越來越多地用來實(shí)施網(wǎng)絡(luò)攻擊，給網(wǎng)絡(luò)安全帶來了新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。
　　準(zhǔn)確掌握蠕蟲傳播機(jī)理是預(yù)防和控制蠕蟲在網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模爆發(fā)的基礎(chǔ)，對網(wǎng)絡(luò)信息安全管理有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對現(xiàn)有模型的不足，本論文通過全面分析影響蠕蟲傳播的各種因素，建立了更加準(zhǔn)確的蠕蟲傳播模型，并且分析了蠕蟲傳播的動力學(xué)行為，為預(yù)防和控制蠕蟲的爆發(fā)提供了良好的理論基礎(chǔ)。另一方面，通過研究P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)的形成

3、過程，建立了蠕蟲型P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)的傳播模型并且分析了不同參數(shù)對模型的影響。主要研究成果如下：
　?、偻ㄟ^綜合考慮影響蠕蟲傳播的網(wǎng)絡(luò)因素和人為因素，建立了一個(gè)具有混合免疫策略的蠕蟲傳播模型—SIRS模型。
　?、诨诮⒌腟IRS模型，運(yùn)用穩(wěn)定性和分岔理論分析了蠕蟲傳播的動力學(xué)行為。具體地說，通過分析線性化方程對應(yīng)的特征方程的特征值的分布范圍，研究了具有混合免疫策略的SIRS模型的Hopf分岔。利用時(shí)滯作為分岔參數(shù)，得出了依賴

4、于時(shí)滯的線性穩(wěn)定性判據(jù)，進(jìn)而研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)時(shí)滯經(jīng)過一個(gè)臨界值時(shí)出現(xiàn)Hopf分岔。進(jìn)而，利用中心流形定理和規(guī)范型理論，確定了Hopf分岔的方向和分岔周期解的穩(wěn)定性。
　　③詳細(xì)分析了蠕蟲的不同掃描策略，并且模擬了理想情況下采用不同掃描策略的蠕蟲傳播性能。建立了一個(gè)具有變化感染率的蠕蟲傳播模型，以此模型為基礎(chǔ)，得出了影響蠕蟲傳播全局動力學(xué)的因素—基本再生數(shù)。進(jìn)一步，通過穩(wěn)定性理論分析了免疫平衡點(diǎn)的局部和全局穩(wěn)定性，利用時(shí)滯作為分岔參數(shù)獲得

5、了流行病平衡點(diǎn)附近出現(xiàn)Hopf分岔的條件。最后用Matlab模擬了感染率大小對蠕蟲傳播規(guī)模的影響程度，并且給出了相應(yīng)的控制策略。
　?、芨鶕?jù)P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)的形成過程構(gòu)建了蠕蟲型P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)的傳播模型—“微觀模型”和“宏觀模型”。基于這兩個(gè)模型，通過詳細(xì)的數(shù)學(xué)分析得到了P2P僵尸網(wǎng)絡(luò)滅絕與否的閾值—基本再生數(shù)。研究了不同參數(shù)對模型的影響，尤其是網(wǎng)絡(luò)中采取免疫措施的節(jié)點(diǎn)比例對模型的影響。使用Matlab進(jìn)行數(shù)值模擬，驗(yàn)證了理論分析的