基于动态行为和拓扑演化的对等网络流媒体系统内容污染扩散机制研究

The distribution and anonymity characteristics of peer-to-peer streaming systems make them more likely to be vulnerable targets, which have confronted a real threat from content pollution attack. However, the existing research work did not consider the various complicated user behaviors in real-world and the topological evolution properties of overlay into the built model, which can affect the probability that the nodes are infected during the pollution attack. Therefore, it cannot reveal the proliferation process of pollution data precisely. This project will firstly study the complicated user behaviors of peer-to-peer streaming systems from macro and micro aspects, and build the user behaviors evolution modeling based on time series. Secondly, the project will study the static and dynamic topological characteristic of peer-to-peer streaming systems, reveal the internal transmission mechanism of pollution data, and build the dynamic topological evolution modeling based on user behaviors. After undertaking this research work, we will propose a more precise analytical modeling framework for content pollution in peer-to-peer streaming systems based on user behaviors and topological properties using the transmission dynamics and cellular automata theory. The research work will provide the theoretical support to assess the Quality of Service of peer-to-peer streaming systems during pollution attacks, provide scientific basis for defensing pollution attack, thus it is both highly theoretical and practical.

对等网络流媒体系统因自身特有的分布性、匿名性等特点，面临着来自内容污染攻击的现实威胁，严重阻碍了其业务的健康有序发展。然而，已有的研究工作缺乏考虑现实世界中用户复杂的动态行为和覆盖网拓扑结构演化对攻击中节点感染概率的影响，导致建立的模型无法准确地评估污染数据在覆盖网中的扩散过程。本课题拟（1）从宏观和微观两个角度，研究对等网络流媒体系统中用户复杂的动态行为特征，构建基于时间序列的用户动态行为模型；（2）研究对等网络流媒体系统覆盖网拓扑结构的静态和动态演化特征，揭示内容污染数据的内在传播机理，建立基于用户行为的覆盖网拓扑结构动态演化模型；（3）采用传播动力学和元胞自动机理论将用户动态行为和拓扑结构演化特征纳入污染数据传播的影响因子，构建更加准确的内容污染扩散模型。研究结果为评估内容污染攻击的损害情况提供理论方法支撑，为建立抵御内容污染攻击的防护方法提供科学依据，具有很强的理论性和实用性。

对等网络流媒体系统因自身特有的分布性、匿名性等特点，面临着来自内容污染攻击的现实威胁，阻碍了其业务的健康有序发展。然而，已有的研究工作缺乏考虑现实世界中用户复杂的动态行为和覆盖网拓扑结构演化对攻击中节点感染概率的影响，导致建立的模型无法准确地评估污染数据在覆盖网中的扩散过程。课题组首先开展了对对等网络流媒体系统的拓扑结构动态演化特征分析及建模研究，分别采用复杂网络相关理论从网络平均度、节点度分布、节点度相关性、拓扑鲁棒性、聚集系数、结构熵、平均路径长度等方面开展对等网络流媒体系统的网络拓扑结构静态特征研究，建立了对拓扑结构的静态表征方法和指标体系；随后，开展了对等网络流媒体系统覆盖网络拓扑结构的形成机理和演化特征研究，引入基于时间序列的用户复杂动态行为特征，采用随机过程理论和复杂网络理论构建覆盖网拓扑动态演化模型；最后，对对等网络流媒体系统内容污染攻击过程和节点在内容污染攻击中的动态行为进行详细分析的基础上，建立了具有种群动力学特性的对等网络流媒体系统内容污染扩散模型，该模型充分考虑了在真实世界内容污染攻击中用户的行为对用户规模动态演化的影响，使得该模型能很好地模拟真实的内容污染场景。 为验证对等网络流媒体系统内容污染扩散模型在真实污染攻击环境中的有效性和准确性，首次将内容污染扩散模型与真实污染场景中的测量数据进行对比，详细分析了内容污染模型中涉及的三类参数对内容污染攻击扩散的影响情况。研究结果表明，课题组提出的对等网络流媒体系统内容污染扩散模型可以有效和准确地模拟真实内容污染攻击场景中污染攻击对频道的节点规模动态演变和节点离开行为的影响情况。研究结果为评估内容污染攻击的损害情况提供理论方法支撑，为建立抵御内容污染攻击的防护方法提供科学依据，具有很强的理论性和实用性。