基于消息传递的大规模多层网络免疫机制研究

The spread of virus and rumor in cyberspace has becoming one of the severe challenges. Through finding the optimal immunization objects, network immunization can cut off the transmission routes and inhibit the spread of disease. However, the previous studies on network immunization have mostly focus on the single networks and disease spread through single transmission route, which cannot adapt to new developments, such as multi-layers of networks, multi-routes of spreading and gigantism of network size. In this project, we break through the limitation of previous studies, start by studying the topology structure of multiplex networks and propagation law of multi-routes of spreading. We propose theoretical approaches of recognition of optimal immunization objects for large scale multiplex networks, including the transform from requirement to optimization problem and the solve methods of the optimization problem. Then we construct immunization strategies to inhibit the spread of harmful spreading. Besides, we built the simulation platform to provide unified environment to test and evaluate the immunization strategies and compare the performance of different strategies. Finally, we apply the immunization of multiplex networks to the recognition of vulnerable nodes and the structure optimization of multiplex networks, to enhance security of multiplex networks.

有效抑制计算机病毒、网络谣言等“有害传播”在网络空间中的扩散漫延是网络空间安全面临的一大挑战。网络免疫通过挖掘网络中的最优免疫目标，可经济、高效、安全的切断传播路径，抑制传播扩散。然而以往以单一网络与单一路径传播行为为对象的免疫策略已无法适应当前网络结构多层化、传播多路径化、网络规模巨大化的发展趋势。本项目突破以往局限，从分析多层网络结构特征与多路径传播行为规律入手；面向结构性免疫与功能性免疫两类应用场景，探索基于消息传递的大规模多层网络最优免疫目标的挖掘方法与理论，包括免疫问题向优化问题的转化方法，以及基于消息传递的免疫优化问题的求解方法，构建高效多层网络免疫策略，为抑制网络空间中的有害传播提供参考与解决方案；最后，建设多层网络免疫仿真平台，为免疫方案的测试评估与横向比较提供统一实验环境；开展多层网络免疫在多层网络脆弱节点识别及结构优化方面的推广应用，为增强多层网络安全性提供理论指导。

有效抑制计算机病毒、网络谣言等“有害传播”在网络空间中的扩散漫延是网络空间安全面临的一大挑战。网络免疫通过挖掘网络中的最优免疫目标，可经济、高效、安全的切断传播路径，抑制传播扩散。然而以往以单一网络与单一路径传播行为为对象的免疫策略已无法适应当前网络结构多层化、传播多路径化、网络规模巨大化的发展趋势。本项目突破以往局限，从分析多层网络结构特征与多路径传播行为规律入手；面向结构性免疫与功能性免疫两类应用场景，探索基于消息传递的大规模多层网络最优免疫目标的挖掘方法与理论，包括免疫问题向优化问题的转化方法，以及基于消息传递的免疫优化问题的求解方法，构建高效多层网络免疫策略，为抑制网络空间中的有害传播提供参考与解决方案；最后，建设多层网络免疫仿真平台，为免疫方案的测试评估与横向比较提供统一实验环境；开展多层网络免疫在多层网络脆弱节点识别及结构优化方面的推广应用，为增强多层网络安全性提供理论指导。. 通过本项目研究，解决了多层网络结构特征、多路径传播行为模型等相关基础性问题的合理定义与构建问题；突破了大规模多层网络最优免疫目标的挖掘问题研究的现有不足，给出了高效的大规模多层网络免疫方案；证明了消息传递相关理论方法在多层网络免疫应用中的适用性问题；同时揭示了多层网络结构特征、多路径传播行为特征对多层网络免疫效果的影响规律；提出了多层网络上的图经典问题，形成了图论研究新方向。项目研究内容与结果能进一步推动网络传播动力学及其控制研究向多层网络的发展。. 基于本项目，共发表论文14篇，其中IEEE Trans论文5篇，申请发明专利6项，获省科技进步二等奖1项，获省级人才项目1项。