王海青

寶雞文理學(xué)院

無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)及其在互聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用

王海青

寶雞文理學(xué)院

本文首先介紹了網(wǎng)絡(luò)時代研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)的必要性，然后介紹了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)及其特性，最后重點介紹了無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)的在互聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用。

網(wǎng)絡(luò)科學(xué) 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò) 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)

1 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步，以互聯(lián)網(wǎng)為主要代表的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，這使得人類逐漸邁入了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)時代。網(wǎng)絡(luò)時代，各種各樣的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)充斥在人類四周，人類社會愈來愈網(wǎng)絡(luò)化，而這其中，有利也有弊，即使人類世界越來越緊密，享受到了極大地便利，卻又使經(jīng)濟或政治的局部動蕩與傳染病的傳播越來越快速的趨于全球化而很難得到有效的控制。

人類主要研究以Internet、www、電力與交通網(wǎng)絡(luò)、生物網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)濟與經(jīng)融網(wǎng)絡(luò)、社會網(wǎng)絡(luò)及科研和教育的網(wǎng)絡(luò)化為代表的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)，通過研究它們內(nèi)部的聯(lián)系與特征，總結(jié)它們共有的特性，以控制或抵消它們的消極作用，并且延伸到其它復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中，探索更加奇妙的未知領(lǐng)域。

2 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)及其特性

通過對復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的深入研究發(fā)現(xiàn)，許多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)都有類似的重要特征：很大一部分節(jié)點只與少數(shù)節(jié)點連結(jié)，而一些很少的節(jié)點卻與許多大量的其他節(jié)點相連結(jié)。這些能和大部分節(jié)點連結(jié)的節(jié)點稱為“集散點”，連接的節(jié)點數(shù)目十分龐大，可能數(shù)百，也可能成千上萬甚至更多，而且不存在代表性的節(jié)點。經(jīng)過研究我們發(fā)現(xiàn)，許多網(wǎng)絡(luò)如萬維網(wǎng)、金融系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)等等都由這些集散點支配，而具有這種集散節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)，我們通常稱之為“無標(biāo)度”（scale-free）網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)還具有可預(yù)期的行為特性：如對意外故障具有驚人的承受力，但面對協(xié)同式攻擊時則很脆弱。

3 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)在互聯(lián)網(wǎng)方面的應(yīng)用

3.1 互聯(lián)網(wǎng)有害信息入侵的類型

為了維護(hù)互聯(lián)網(wǎng)的安全，首先要明確這些有害信息的各種入侵類型。

①計算機病毒：計算機病毒是一種能夠自我復(fù)制，并且能夠傳染其他程序的一些程序代碼。其擴散范圍非常大，感染的對象也逐漸從終端向代理網(wǎng)關(guān)、服務(wù)設(shè)置及防護(hù)設(shè)施等網(wǎng)絡(luò)部件變化。

②網(wǎng)絡(luò)蠕蟲：網(wǎng)絡(luò)蠕蟲則是主動出擊，一旦計算機有了漏洞而被搜索到的話便會遭受危險。

③黑客軟件：即木馬程序，通常依托游戲或者其他程序來偽裝，用戶如果下載并執(zhí)行以后便會在計算機系統(tǒng)的程序當(dāng)中潛伏下來，在用戶使用計算機的過程中悄悄運行，如果使用者聯(lián)網(wǎng)后，這些程序便會將IP地址及端口發(fā)送給黑客，而計算機參數(shù)便會被肆意的修改，計算機中存儲的內(nèi)容便會暴露給黑客等等。

④WWW的欺騙技術(shù)：黑客常常會將一些網(wǎng)頁進(jìn)行篡改，或者發(fā)布一些不實信息，用戶瀏覽這些看似正常的網(wǎng)頁便等于是向非法服務(wù)器發(fā)送請求。

⑤電子郵件攻擊：指的便是攻擊者通過發(fā)送電子郵件的方式干擾操作系統(tǒng)或者發(fā)送一些郵件來欺騙用戶。

3.2 無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)揮作用

傳統(tǒng)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全的手段如防火墻、防病毒軟件以及入侵檢測系統(tǒng)都對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了邊界劃分，使其分為內(nèi)部區(qū)域和外部區(qū)域，然后重點加強對內(nèi)部區(qū)域的保護(hù)，使其與外部隔離。這樣的保護(hù)措施雖然有一定的效果，單個節(jié)點得到了保護(hù)，局部網(wǎng)絡(luò)的安全也有了保障，然而，互聯(lián)網(wǎng)是一個整體，是一個高度分布、層次不清、動態(tài)演化、邊界模糊的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其入口與出口，內(nèi)部與外部完全無法加以區(qū)分，而且由于其內(nèi)在屬性的影響，完全不可能對每個節(jié)點加以防范，因此，這就無法保證網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)絕對的安全。

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓樸結(jié)構(gòu)和特性有利于找出網(wǎng)絡(luò)中的保護(hù)重點，并且能夠有效防止有害信息的侵入。比如有針對性的加強對網(wǎng)絡(luò)拓樸上找出的關(guān)鍵節(jié)點及其所連接而成的骨干網(wǎng)絡(luò)的保護(hù)工作?；蛘咄ㄟ^計算增加網(wǎng)絡(luò)間的平均距離來有效防止病毒的傳播等等。這樣便可以用更低的成本來盡可能地實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的全面保護(hù)。

Internet的無標(biāo)度特性十分明顯，擁有龐大的節(jié)點數(shù)目，節(jié)點的度分布也非常高，十分有利于計算機病毒的傳播。經(jīng)過對疾病傳播的研究發(fā)現(xiàn)，病毒本身傳播能力的閾值決定著病毒是否能傳播，沒有達(dá)到閾值便會消失。但是計算機病毒的傳播并不受閾值的限制，即傳播能力很弱的病毒也會一直存在下去，這樣“目標(biāo)免疫”便顯得尤為重要，優(yōu)先免疫連通度較大的節(jié)點能夠有效控制病毒的傳播。

由于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的連接并不平等，充分體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度特性。為了防止病毒優(yōu)先與連通度較高的節(jié)點相連，然后通過這些關(guān)鍵點大范圍的擴散向其它節(jié)點，保護(hù)關(guān)鍵節(jié)點便顯得十分重要。不僅要給給這些關(guān)鍵的節(jié)點安裝防火墻，訪問的規(guī)則也應(yīng)進(jìn)一步加強，嚴(yán)密把關(guān)，同時，監(jiān)控力度也要改善，只有這樣才能對關(guān)鍵點實行有效的保護(hù)。

基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的社團(tuán)結(jié)構(gòu)性來尋找網(wǎng)絡(luò)社區(qū)。通過分析網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中節(jié)點和邊的性質(zhì)來發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中存在的社區(qū)結(jié)構(gòu)。將網(wǎng)絡(luò)劃分為多個社區(qū)結(jié)構(gòu)，然后分為多個部分來保護(hù)，通過減少社區(qū)間的連接使各個整體更容易得到保護(hù)。

4 小結(jié)

互聯(lián)網(wǎng)充分體現(xiàn)了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的無標(biāo)度特性和小世界效應(yīng)，而利用這些性質(zhì)則更容易研究出防止有害信息侵入的方法，研究病毒免疫模型并開發(fā)大規(guī)模的入侵檢測系統(tǒng)。隨著研究的深入可以有效保護(hù)互聯(lián)網(wǎng)的安全。

[1]Hein D I O, Schwind D W I M, K?nig W. Scale-free networks[J]. Wirtschaftsinformatik, 2006, 48(4): 267-275

[2]Barabási A L, Albert R, Jeong H. Scale-free characteristics of random networks: the topology of the world-wide web[J]. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, 2000, 281(1): 69-77

[3]許丹,李翔,汪小帆 . 復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論在互聯(lián)網(wǎng)病毒傳播研究中的應(yīng)用 . 復(fù)雜系統(tǒng)與復(fù)雜性科學(xué),2004,1（3）：10-26

項目支持

校級項目ZK16137 DNA在微納通道中的特性研究。