基于節(jié)點相似性的網(wǎng)絡(luò)信任模型研究

趙慧 譚敏生 陳瓊

南華大學(xué)計算機學(xué)院 湖南 421001

0 引言

伴隨著社會的發(fā)展，人們對 Internet使用的普及，復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)中的安全問題日漸突出，直接影響到人們的生活，工作與學(xué)習(xí)。科學(xué)家順應(yīng)時代的要求，提出了一個新的網(wǎng)絡(luò)概念——可信網(wǎng)絡(luò)。面對 Internet這個如此龐大和動態(tài)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)前孤立，單一和附加的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足其客觀需求，如何構(gòu)建一個可信網(wǎng)絡(luò)成為當(dāng)前一個現(xiàn)實而又急待解決的重要問題。

1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀

了解復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究內(nèi)容對于認(rèn)清 Internet的特性具有很大幫助，對于結(jié)合其屬性進而研究 Internet的可信性也具有重要意義。

1.1 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究與發(fā)展

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)研究的歷程中，影響深遠的進展是近年來在統(tǒng)計物理中出現(xiàn)的小世界網(wǎng)絡(luò)和無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)，后來提出倍受質(zhì)疑的超家族特性，這三個特性被稱為是網(wǎng)絡(luò)的三大發(fā)現(xiàn)。

在國內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)方面的研究雖然起步比較晚，不過在一些領(lǐng)域如真實網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和演化行為的實證研究方面、網(wǎng)絡(luò)建模方面、動力學(xué)問題等等也取得了較好成績。

近年來，中國科技大學(xué)在對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的研究中取得了進一步的突破，主要是在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)測這個方向。簡單來講，復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測就是對網(wǎng)絡(luò)中的未知鏈接和未來鏈接的預(yù)測。中國科技大學(xué)的周濤和呂琳媛等人對鏈路預(yù)測的研究是基于節(jié)點相似性的。

1.2 節(jié)點相似性方法研究

刻畫節(jié)點的相似性有多種方法，最簡單直接的方法就是利用節(jié)點的屬性。利用節(jié)點屬性的相似性進行鏈路預(yù)測的前提，就是網(wǎng)絡(luò)中的邊本身代表著相似。另一類相似性的定義完全基于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)信息，稱為結(jié)構(gòu)相似性。而不同的相似性指標(biāo)對于網(wǎng)絡(luò)鏈路預(yù)測的精度和準(zhǔn)確度都有影響。

Liben-Nowell和Kleinberg將相似性指標(biāo)分為基于節(jié)點為和基于路徑的兩類，并分析了若干指標(biāo)對社會合作網(wǎng)絡(luò)中鏈路預(yù)測的效果，發(fā)現(xiàn)在考慮節(jié)點鄰居信息的若干指標(biāo)中Adamic-Adar參數(shù)表現(xiàn)最好。周濤、呂琳媛和張翼成在6種不同網(wǎng)絡(luò)中比較了 9 種局部相似性指標(biāo)在鏈路預(yù)測中的效果，并提出了兩種新指標(biāo)：資源分配指標(biāo)(Resources Allocation Index)和局部路徑指標(biāo)(Local Path Index)。研究發(fā)現(xiàn)，新提出來的這兩種指標(biāo)具有好于包括Admic-Adar參數(shù)在內(nèi)的9種已知指標(biāo)的預(yù)測能力。呂琳媛、金慈航和周濤進一步在噪音強度可控的網(wǎng)絡(luò)模型與真實網(wǎng)絡(luò)中細(xì)致分析了局部路徑指標(biāo)的性，發(fā)現(xiàn)這個指標(biāo)具有與依賴于網(wǎng)絡(luò)全局結(jié)構(gòu)信息的指標(biāo)，可匹敵的預(yù)測能力，甚至在噪聲較大的情況下可以比Katz參數(shù)預(yù)測得更加準(zhǔn)確。

2 網(wǎng)絡(luò)信任關(guān)系的研究進展

近幾年，隨著 Internet的普及和人們對其應(yīng)用要求的提高，對網(wǎng)絡(luò)的可信度的研究成為國內(nèi)外在 Internet研究的一個熱門課題，其中對網(wǎng)絡(luò)信任關(guān)系量化的研究也越來越受關(guān)注，模型也有很多種，但各個量化模型研究中所用指標(biāo)不同，為更進一步的研究探討打下了堅實的理論基礎(chǔ)，但各有各的問題存在。

PTM(Pervasive Trust Managenment)采用改進的證據(jù)理論對信任關(guān)系進行建模，信任度評估采用概率加權(quán)平均方法。Hassan等人提出了一種基于向量機制的信任模型，模型引入向量運算機制來描述信任關(guān)系，對于一些不確定性的因子進行了的數(shù)學(xué)量化。文獻研究了P2P環(huán)境下的信任度量模型，通過引入近期信任、長期信任、懲罰因子和推薦信任四個參數(shù)來反映節(jié)點的信任度。文獻研究了 P2P環(huán)境下的信任關(guān)系表達模型，引入了誠實度和精度兩個概念來衡量聲譽的真實度。文獻開發(fā)了一個具有魯棒性和伸縮性的這 P2P聲譽系統(tǒng)Power-Trust，該系統(tǒng)利用了冪次法則收集本地節(jié)點反饋并將這些反饋聚合起來，生成全局聲譽，通過一個“Look-Ahead”隨機行走策略，明顯改善了全局聲譽的聚合速度。

在國內(nèi)，文獻針對基于 Agent的軟件服務(wù)協(xié)同模型提出了一個用于度量軟件服務(wù)間信任關(guān)系的信任模型，文獻在節(jié)點推薦的基礎(chǔ)上提出了一種基于 P2P環(huán)境的信任模型，文獻提出了一種 P2P系統(tǒng)中基于時間幀的動態(tài)信任模型，文獻設(shè)計了 P2P網(wǎng)絡(luò)中基于矢量空間的分布式信任模型。

對節(jié)點相似性進行研究的指標(biāo)的確定，而精度和準(zhǔn)確度也由于不同的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾霈F(xiàn)不同的結(jié)果。如何確定其相似性指標(biāo)仍是一個問題，就目前的技術(shù)而言，我們只能用一種均衡策略。

3 節(jié)點相似性的應(yīng)用

目前利用節(jié)點相似性對節(jié)點的可信度進行評估的研究也有很多，其中文獻中提到了所有功能節(jié)點都可以在測試時按它們的行為特征，把它們放在行為模型的不同位置，測試它們的相應(yīng)屬性功能，計算得出它們的可信度。文獻中提出基于相似度的分布式信任模型，利用節(jié)點服務(wù)類型相似性對信譽信息進行篩選，提高之前模型計算出的信任度的準(zhǔn)確度。文獻中提到相似度應(yīng)用于節(jié)點行為本身，通過節(jié)點評分行為相似度來評估節(jié)點本身的可信度。文獻中提出一種基于相似度加權(quán)推薦的全局信任模型，利用信任值的請求者使用推薦者和自己之間的節(jié)點評分行為相似度加權(quán)推薦意見，以節(jié)點評分行為的相似度加權(quán)其推薦度計算全局信任值，并提出了基于群組激勵機制作為信任模型的有效補充，仿真實驗證明了模型的有效性。PeerTrust算法的思想之一就是利用兩個節(jié)點評價相同交易的相似性計算節(jié)點的可信度，兩個節(jié)點評價越相似，則對方的評價信息越可信。文獻度量評價權(quán)重時采用了相似度的思想，通過節(jié)點評分行為相似度來評估節(jié)點本身的可信度。但這些都只是利用節(jié)點相似性都是基于服務(wù)和歷史信任來計算節(jié)點本身的可信度，而通過節(jié)點屬性的相似性來判斷節(jié)點間的信任關(guān)系也將是一個新的研究指標(biāo)。

在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點相似性的應(yīng)用上，國內(nèi)外也有不少模型提及，但相似性的定義目前沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，所以已往基于相似度的信任模型中所用的相似度指標(biāo)也各不相同。因此如何定義節(jié)點的相似性就成為一個核心問題。

在復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)鏈路預(yù)測的研究中，中國科技大學(xué)提出了新的節(jié)點相似性指標(biāo)。那么面對 Internet這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，在諸多不確定因素中，如何應(yīng)用新的指標(biāo)去研究網(wǎng)絡(luò)的信任關(guān)系將是一個值得思考的問題。

4 總結(jié)與展望

世界的發(fā)展，人類的進步，使得網(wǎng)絡(luò)的在人們生活中的作用越來越明顯，越來越重要。而隨著信息網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)性、全局性作用日益增強，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)，尤其是網(wǎng)絡(luò)安全，已經(jīng)不能滿足網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，提供系統(tǒng)的安全可信的服務(wù)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)研究的新趨勢。

面對愈來愈復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)及其挑戰(zhàn)，如何抓住和運用Internet這一復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的種種特性，更好地設(shè)計和研究安全可信的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也許將成為人們進行研究的又一重要問題。

[1] 徐鋒,呂建,鄭瑋.一個軟件服務(wù)協(xié)同中信任評估模型的設(shè)計[j].軟件學(xué)報.2003.

[2] 竇文,王懷民,賈焰,等.構(gòu)造基于推薦的 Peer-to-Peer環(huán)境下的Trust模型[J].軟件學(xué)報.2004.