[发明专利]面向选择性转发攻击的无标度网络分布式自适应路由方法

权利要求书

1.一种面向选择性转发攻击的无标度网络分布式自适应路由方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立选择性转发攻击模型；

S2、在选择性转发攻击模型下，基于多项式原理的自适应路由方法，给定一对源和目的节点及需路由的数据信息，使用数据能够恢复的自适应路由方法将数据信息传输到目的节点；

S3、分析路由方法的级联失效的影响，建立级联失效模型，评估路由方法应对蓄意攻击时网络的级联失效抗毁性；

所述S1中，具体包括以下步骤：

S1.1建立恶意节点的选择性行为模型；

选用节点的度作为节点重要度的评估指标，假设已知网络规模N和恶意节点数量M，当节点h向节点f传输数据时，节点h被节点f攻击的概率为：

式中，为节点f是恶意节点的概率，P_h为节点h被恶意节点f攻击的概率，k_i为节点i的度，为节点f的邻居节点集合；

S1.2建立恶意节点发动攻击模型；

其攻击强度用θ衡量，即：

式中，L_hf表示节点h向节点f发送的需节点f转发的数据包数，D_hf表示恶意节点f丢弃的来自节点h需其转发的数据包数量；

所述S2中，具体包括以下步骤：

S2.1选取源到目的节点路由路径，路由成功概率的计算表达式如下：

其中，l表示源节点r到目的节点d的最短路径，S表示源到目的节点的不相交的最短路径集合，恶意节点作为目的节点时不具有攻击性，对于表达式(3)有f≠d；

被选取的路径路由成功概率P_l满足：

式中，P_c0为一可调概率参数，可以在保证数据信息有路径可用的情况下，调节各自情况下路由路径数量，表示S中路径的路由成功概率的最大值；

S2.2将需要路由的数据信息分割成k个碎片，碎片数k的确定过程如下：

为满足数据的可恢复性，k的值满足基本条件：

k≥2 (5)

节点的容量有限，因此k的取值还满足基本条件：

式中，L_i(t)为节点i在时刻t的负载，C_i为节点i的容量，m表示在t时刻源节点r原本需路由的数据信息的大小，S^Y为路由路径集合，由式(5)和式(6)求出k的最小值k_min；

k取值的自适应过程表达式为：

(7)～(9)式中，σ_i(t)为节点i的实时负载率，表示S^Y中所有路径上的不同节点集合，H为S^Y所有路径上的不同节点数量，为在当前时刻S^Y中的节点的平均负载率，k为由源节点在当前时刻向目的节点路由的数据信息被切分成的碎片数量；

S2.3将S2.2切分成的碎片作为系数形成多项式，输入不同变量得到不同的数据片段；

多项式原理表达式为：

d₀+d₁x+…+d_k-1x^k-1＝f(x) (10)

式中，d₀,…,d_k-1表示由源节点在当前时刻向目的节点路由的原始数据信息切分成的碎片，作为多项式的系数，f(x)表示在当前时刻需要路由的原始数据信息经过多项式处理得到的新的数据片段，x为一变量，n个数据片段根据不同的变量x生成，且变量x被记录在数据片中，用以识别不同的数据片段信息；

需新生成的数据片段数n取值的自适应过程表达式为：

当S^Y中只有一条路由路径时，理论上为保证数据的可恢复性，有：

n*P_l≥k,l∈S^Y (11)

其中，n为原始数据信息经多项式处理后生成的总的数据片数；

当S^Y中的路径数大于1时，有：

(12)～(14)式中，l_z表示S^Y中第z条路径，为整数，表示在S^Y中第z条路径上发送的数据片数，表示在S^Y中第z条路径的路由成功概率，进一步有：

式中，n取理论最小值；

所述S3中，具体包括以下步骤：

S3.1结合S2自适应路由方法，定义单个节点负载，单个节点负载表达式为：

L_i(t)＝S_i.(t)+J_.i(t)+Z_i(t) (17)

式中，S_i.(t)表示节点i作为源节点在t时刻需向目的节点发送的数据片段之和，J_.i(t)表示节点i作为目的节点在t时刻其内存储的用于恢复原始信息的数据片段之和，Z_i(t)表示节点在t时刻需转发的数据片段之和；

考虑到选择性转发攻击的恶意行为，Z_i(t)可表示为：

式中，表示未被节点i攻击的有效邻居集合，表示被节点i攻击的有效邻居集合，f_ji(t)表示节点j向邻居节点i转发的数据片段；

S3.2定义单个节点容量，单个节点容量表达式为：

C_i＝β*k_i*m (19)

式中，β为一可调参数，控制容量的大小；

S3.3重新将失效节点负载分配给有效邻居节点，过程为：节点i在t时刻失效后，向有效邻居节点j分配的负载表示为：

式中，Δ_ij表示失效节点i向邻居节点j分配的负载量，表示节点i的有效邻居集合，有效邻居节点j更新后的负载为：L_j°＝L_j(t)+Δ_ij，如果节点j更新后的负载超过其容量，即L_j°C_j，节点j失效，节点j的负载将根据上式重新分配给它的有效邻居节点。