基于节点相似性的网络信任模型研究

赵慧 谭敏生 陈琼

南华大学计算机学院 湖南 421001

0 引言

伴随着社会的发展，人们对 Internet使用的普及，复杂的网络中的安全问题日渐突出，直接影响到人们的生活，工作与学习。科学家顺应时代的要求，提出了一个新的网络概念——可信网络。面对 Internet这个如此庞大和动态的复杂网络，当前孤立，单一和附加的网络安全系统已经不能满足其客观需求，如何构建一个可信网络成为当前一个现实而又急待解决的重要问题。

1 复杂网络的研究现状

了解复杂网络的研究内容对于认清 Internet的特性具有很大帮助，对于结合其属性进而研究 Internet的可信性也具有重要意义。

1.1 复杂网络研究与发展

在复杂网络研究的历程中，影响深远的进展是近年来在统计物理中出现的小世界网络和无标度网络，后来提出倍受质疑的超家族特性，这三个特性被称为是网络的三大发现。

在国内，网络方面的研究虽然起步比较晚，不过在一些领域如真实网络结构和演化行为的实证研究方面、网络建模方面、动力学问题等等也取得了较好成绩。

近年来，中国科技大学在对复杂网络的研究中取得了进一步的突破，主要是在复杂网络的链路预测这个方向。简单来讲，复杂网络的预测就是对网络中的未知链接和未来链接的预测。中国科技大学的周涛和吕琳媛等人对链路预测的研究是基于节点相似性的。

1.2 节点相似性方法研究

刻画节点的相似性有多种方法，最简单直接的方法就是利用节点的属性。利用节点属性的相似性进行链路预测的前提，就是网络中的边本身代表着相似。另一类相似性的定义完全基于网络的结构信息，称为结构相似性。而不同的相似性指标对于网络链路预测的精度和准确度都有影响。

Liben-Nowell和Kleinberg将相似性指标分为基于节点为和基于路径的两类，并分析了若干指标对社会合作网络中链路预测的效果，发现在考虑节点邻居信息的若干指标中Adamic-Adar参数表现最好。周涛、吕琳媛和张翼成在6种不同网络中比较了 9 种局部相似性指标在链路预测中的效果，并提出了两种新指标：资源分配指标(Resources Allocation Index)和局部路径指标(Local Path Index)。研究发现，新提出来的这两种指标具有好于包括Admic-Adar参数在内的9种已知指标的预测能力。吕琳媛、金慈航和周涛进一步在噪音强度可控的网络模型与真实网络中细致分析了局部路径指标的性，发现这个指标具有与依赖于网络全局结构信息的指标，可匹敌的预测能力，甚至在噪声较大的情况下可以比Katz参数预测得更加准确。

2 网络信任关系的研究进展

近几年，随着 Internet的普及和人们对其应用要求的提高，对网络的可信度的研究成为国内外在 Internet研究的一个热门课题，其中对网络信任关系量化的研究也越来越受关注，模型也有很多种，但各个量化模型研究中所用指标不同，为更进一步的研究探讨打下了坚实的理论基础，但各有各的问题存在。

PTM(Pervasive Trust Managenment)采用改进的证据理论对信任关系进行建模，信任度评估采用概率加权平均方法。Hassan等人提出了一种基于向量机制的信任模型，模型引入向量运算机制来描述信任关系，对于一些不确定性的因子进行了的数学量化。文献研究了P2P环境下的信任度量模型，通过引入近期信任、长期信任、惩罚因子和推荐信任四个参数来反映节点的信任度。文献研究了 P2P环境下的信任关系表达模型，引入了诚实度和精度两个概念来衡量声誉的真实度。文献开发了一个具有鲁棒性和伸缩性的这 P2P声誉系统Power-Trust，该系统利用了幂次法则收集本地节点反馈并将这些反馈聚合起来，生成全局声誉，通过一个“Look-Ahead”随机行走策略，明显改善了全局声誉的聚合速度。

在国内，文献针对基于 Agent的软件服务协同模型提出了一个用于度量软件服务间信任关系的信任模型，文献在节点推荐的基础上提出了一种基于 P2P环境的信任模型，文献提出了一种 P2P系统中基于时间帧的动态信任模型，文献设计了 P2P网络中基于矢量空间的分布式信任模型。

对节点相似性进行研究的指标的确定，而精度和准确度也由于不同的网络拓扑会出现不同的结果。如何确定其相似性指标仍是一个问题，就目前的技术而言，我们只能用一种均衡策略。

3 节点相似性的应用

目前利用节点相似性对节点的可信度进行评估的研究也有很多，其中文献中提到了所有功能节点都可以在测试时按它们的行为特征，把它们放在行为模型的不同位置，测试它们的相应属性功能，计算得出它们的可信度。文献中提出基于相似度的分布式信任模型，利用节点服务类型相似性对信誉信息进行筛选，提高之前模型计算出的信任度的准确度。文献中提到相似度应用于节点行为本身，通过节点评分行为相似度来评估节点本身的可信度。文献中提出一种基于相似度加权推荐的全局信任模型，利用信任值的请求者使用推荐者和自己之间的节点评分行为相似度加权推荐意见，以节点评分行为的相似度加权其推荐度计算全局信任值，并提出了基于群组激励机制作为信任模型的有效补充，仿真实验证明了模型的有效性。PeerTrust算法的思想之一就是利用两个节点评价相同交易的相似性计算节点的可信度，两个节点评价越相似，则对方的评价信息越可信。文献度量评价权重时采用了相似度的思想，通过节点评分行为相似度来评估节点本身的可信度。但这些都只是利用节点相似性都是基于服务和历史信任来计算节点本身的可信度，而通过节点属性的相似性来判断节点间的信任关系也将是一个新的研究指标。

在网络节点相似性的应用上，国内外也有不少模型提及，但相似性的定义目前没有统一的标准，所以已往基于相似度的信任模型中所用的相似度指标也各不相同。因此如何定义节点的相似性就成为一个核心问题。

在复杂网络链路预测的研究中，中国科技大学提出了新的节点相似性指标。那么面对 Internet这一复杂网络，在诸多不确定因素中，如何应用新的指标去研究网络的信任关系将是一个值得思考的问题。

4 总结与展望

世界的发展，人类的进步，使得网络的在人们生活中的作用越来越明显，越来越重要。而随着信息网络的基础性、全局性作用日益增强，传统的网络理论与技术，尤其是网络安全，已经不能满足网络发展的需要，提供系统的安全可信的服务已经成为网络研究的新趋势。

面对愈来愈复杂的网络及其挑战，如何抓住和运用Internet这一复杂网络的种种特性，更好地设计和研究安全可信的网络服务，也许将成为人们进行研究的又一重要问题。

[1] 徐锋,吕建,郑玮.一个软件服务协同中信任评估模型的设计[j].软件学报.2003.

[2] 窦文,王怀民,贾焰,等.构造基于推荐的 Peer-to-Peer环境下的Trust模型[J].软件学报.2004.