面向恶意程序传播的异质传感网可靠度评估和主动防御策略研究

Malware is prone to propagate itself in Heterogeneous Sensor Networks (HSNs) composed of a large number of nodes, which has become a main factor to threaten security of HSNs. In this project, we study several crucial issues in HSNs with malware diffusion. First, considering characteristics including node heterogeneity, link heterogeneity, and topology heterogeneity, we will propose a malware propagation model for HSNs based on the developed epidemic theory and cellular automata theory integrating the expected probability of malware behavior, which can disclose the principle of malware propagation in HSNs. Second, we will extend the traditional Markov chain and propose a sensor-node-state transition model for HSNs. We will then propose a novel reliability measurement of a node in HSNs. Moreover, we will achieve a reliability evaluation model for HSNs based on extending the traditional reliable theory. Finally, we will employ the differential game to set up a malware-defense game model for HSNs, which can disclose the principle of mutual behavior between HSNs defender and malware. We will then attain strategies and algorithms to actively defense malware propagation. Our research results will provide theoretic bases for constructing highly reliable HSNs and defensing malware propagation in HSNs, thus they have importantly scientific meanings.

恶意程序在由大量传感节点组成的异质传感网中容易传播流行，已成为威胁异质传感网安全的主要因素。本项目围绕面向恶意程序传播的异质传感网中若干关键科学问题进行研究：⑴考虑异质传感网的节点异质性、链路异质性和拓扑结构异质性，提出基于扩展经典传染病理论和元胞自动机理论并融合恶意程序传播行为期望概率的异质传感网恶意程序传播模型，揭示异质传感网恶意程序传播规律；⑵ 研究基于马尔可夫链的异质传感网节点状态转换模型，提出面向恶意程序传播的异质传感网节点可靠度评估指标和基于扩展可靠性理论的异质传感网可靠度评估模型，实现异质传感网可靠度评估；⑶ 提出基于微分博弈的异质传感网恶意程序传播主动防御模型，揭示异质传感网防御者和恶意程序的交互规律，得到主动防御策略和算法，实现异质传感网恶意程序主动防御。研究成果将为构建高可靠的异质传感网和防御异质传感网恶意程序奠定理论基础，具有重要科学意义。

本项目面向恶意程序传播的异质传感网中若干关键科学问题进行研究，成果包括：.（1）对异质传感网恶意程序传播模型进行了较系统的研究。考虑异质传感网恶意程序传播的不同特性，分别提出了反映异质传感网恶意程序传播过程的HSIRD、HSIORD、SEIRD、以及延迟HSEIRD模型。考虑恶意程序传播过程中的决策因素，分别提出了基于完全信息静态博弈、微分博弈、静态贝叶斯博弈和元胞自动机理论的传感网恶意程序传播模型。另外，还公开了一种异质传感网恶意程序传播建模方法。.（2）对传感网可靠任务卸载、传感网及物联网可靠度评估进行了较系统的研究。提出了一种揭示传感边缘节点和DDOS攻击者之间交互关系的贝叶斯Q-学习博弈模型，得到了可靠的传感边缘节点任务卸载策略。基于SIRD及其扩展的SEIRD传染病模型和Markov链，分别提出了异质传感网和物联网节点状态转换模型，建立了星形和簇形拓扑结构的物联网可用度评估方法。.（3）对异质传感网及物联网恶意程序传播主动防御进行了较系统的研究。提出了基于信号博弈实现既保护物联网节点隐私又能主动防御恶意程序传播的恶意程序优化检测策略。提出了一种能精确地分配功率从而主动防御计算任务卸载链路上智能干扰攻击的DNN Stackelberg博弈防御方案。分别提出了基于最优反应均衡、动态贝叶斯博弈、借助云计算基于演化博弈的传感网恶意程序传播主动防御策略。分别公开了一种借助云计算的传感网不确定性DDoS攻击主动防御方法和一种借助云计算基于安全态势感知的传感网主动防御系统及方法。.（4）扩展研究。包括面向去匿名化攻击能实现用户隐私保护的安全混合方法UCoin、基于非正交多址（NOMA）的双向中继方法、面向车辆传感云基于演化模糊博弈的实时合作数据分发策略、面向未知敌对环境下的传感网自动部署等。.研究成果为揭示异质传感网恶意程序传播规律、保障异质传感网高可靠度运行、主动防御异质传感网恶意程序传播提供了新的途径，对丰富异质传感网安全基础理论具有重要的科学意义。