基于節點相似性的網絡信任模型研究

趙慧 譚敏生 陳瓊

南華大學計算機學院 湖南 421001

0 引言

伴隨著社會的發展，人們對 Internet使用的普及，復雜的網絡中的安全問題日漸突出，直接影響到人們的生活，工作與學習。科學家順應時代的要求，提出了一個新的網絡概念——可信網絡。面對 Internet這個如此龐大和動態的復雜網絡，當前孤立，單一和附加的網絡安全系統已經不能滿足其客觀需求，如何構建一個可信網絡成為當前一個現實而又急待解決的重要問題。

1 復雜網絡的研究現狀

了解復雜網絡的研究內容對于認清 Internet的特性具有很大幫助，對于結合其屬性進而研究 Internet的可信性也具有重要意義。

1.1 復雜網絡研究與發展

在復雜網絡研究的歷程中，影響深遠的進展是近年來在統計物理中出現的小世界網絡和無標度網絡，后來提出倍受質疑的超家族特性，這三個特性被稱為是網絡的三大發現。

在國內，網絡方面的研究雖然起步比較晚，不過在一些領域如真實網絡結構和演化行為的實證研究方面、網絡建模方面、動力學問題等等也取得了較好成績。

近年來，中國科技大學在對復雜網絡的研究中取得了進一步的突破，主要是在復雜網絡的鏈路預測這個方向。簡單來講，復雜網絡的預測就是對網絡中的未知鏈接和未來鏈接的預測。中國科技大學的周濤和呂琳媛等人對鏈路預測的研究是基于節點相似性的。

1.2 節點相似性方法研究

刻畫節點的相似性有多種方法，最簡單直接的方法就是利用節點的屬性。利用節點屬性的相似性進行鏈路預測的前提，就是網絡中的邊本身代表著相似。另一類相似性的定義完全基于網絡的結構信息，稱為結構相似性。而不同的相似性指標對于網絡鏈路預測的精度和準確度都有影響。

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

2 網絡信任關系的研究進展

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

PTM(Pervasive Trust Managenment)采用改進的證據理論對信任關系進行建模，信任度評估采用概率加權平均方法。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系，對于一些不確定性的因子進行了的數學量化。文獻研究了P2P環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來反映節點的信任度。文獻研究了 P2P環境下的信任關系表達模型，引入了誠實度和精度兩個概念來衡量聲譽的真實度。文獻開發了一個具有魯棒性和伸縮性的這 P2P聲譽系統Power-Trust，該系統利用了冪次法則收集本地節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，文獻針對基于 Agent的軟件服務協同模型提出了一個用于度量軟件服務間信任關系的信任模型，文獻在節點推薦的基礎上提出了一種基于 P2P環境的信任模型，文獻提出了一種 P2P系統中基于時間幀的動態信任模型，文獻設計了 P2P網絡中基于矢量空間的分布式信任模型。

對節點相似性進行研究的指標的確定，而精度和準確度也由于不同的網絡拓撲會出現不同的結果。如何確定其相似性指標仍是一個問題，就目前的技術而言，我們只能用一種均衡策略。

3 節點相似性的應用

目前利用節點相似性對節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，利用節點服務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確度。文獻中提到相似度應用于節點行為本身，通過節點評分行為相似度來評估節點本身的可信度。文獻中提出一種基于相似度加權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點評分行為相似度加權推薦意見，以節點評分行為的相似度加權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點評價相同交易的相似性計算節點的可信度，兩個節點評價越相似，則對方的評價信息越可信。文獻度量評價權重時采用了相似度的思想，通過節點評分行為相似度來評估節點本身的可信度。但這些都只是利用節點相似性都是基于服務和歷史信任來計算節點本身的可信度，而通過節點屬性的相似性來判斷節點間的信任關系也將是一個新的研究指標。

在網絡節點相似性的應用上，國內外也有不少模型提及，但相似性的定義目前沒有統一的標準，所以已往基于相似度的信任模型中所用的相似度指標也各不相同。因此如何定義節點的相似性就成為一個核心問題。

在復雜網絡鏈路預測的研究中，中國科技大學提出了新的節點相似性指標。那么面對 Internet這一復雜網絡，在諸多不確定因素中，如何應用新的指標去研究網絡的信任關系將是一個值得思考的問題。

4 總結與展望

世界的發展，人類的進步，使得網絡的在人們生活中的作用越來越明顯，越來越重要。而隨著信息網絡的基礎性、全局性作用日益增強，傳統的網絡理論與技術，尤其是網絡安全，已經不能滿足網絡發展的需要，提供系統的安全可信的服務已經成為網絡研究的新趨勢。

面對愈來愈復雜的網絡及其挑戰，如何抓住和運用Internet這一復雜網絡的種種特性，更好地設計和研究安全可信的網絡服務，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.一個軟件服務協同中信任評估模型的設計[j].軟件學報.2003.

[2] 竇文,王懷民,賈焰,等.構造基于推薦的 Peer-to-Peer環境下的Trust模型[J].軟件學報.2004.