【摘 要】
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物联网将各种移动终端设备连接到网络中,实现了数字世界和物理世界之间的紧密连接,极大地便利了人们的生活。然而,物联网终端设备之间的交互存在安全问题,这会使信息隐私面临极大的威胁,从而影响物联网系统的发展。先前的研究通常从密码学等领域提出解决方案,但这些方案大多复杂度高、有效性低。本文从博弈论的角度,提出了一种基于Bayesian和Stackelberg博弈模型的防御策略来解决上述问题,具体研究如下:
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物联网将各种移动终端设备连接到网络中,实现了数字世界和物理世界之间的紧密连接,极大地便利了人们的生活。然而,物联网终端设备之间的交互存在安全问题,这会使信息隐私面临极大的威胁,从而影响物联网系统的发展。先前的研究通常从密码学等领域提出解决方案,但这些方案大多复杂度高、有效性低。本文从博弈论的角度,提出了一种基于Bayesian和Stackelberg博弈模型的防御策略来解决上述问题,具体研究如下:为解决恶意应用通过虚假报价攻击终端设备的问题,提出了基于四轮议价Bayesian博弈模型的防御策略,将终端设备与提供采集数据服务的应用之间的交互建模为四轮议价的Bayesian博弈,从而将问题转化为如何激励恶意应用采取合作策略的问题。首先,利用四轮议价,确定一轮议价成功时应用的最优出价,进而确定了双方交互时的收益矩阵。其次,引入常规设备检测率对该矩阵进行调整,抑制恶意应用虚假报价。最后,通过Bayesian纳什均衡分析确定设备的最优防御策略,防止设备遭受恶意应用的攻击,保护信息安全。为解决攻击者对智慧平台的攻击问题,提出了基于Stackelberg博弈模型的多阶段防御策略,将智慧平台与攻击者之间的交互建模为多阶段的Stackelberg博弈,从而将问题转化为如何充分利用资源来监测攻击者的问题。首先,从智慧平台和攻击者收益的角度,结合节点的K-shell值,得到智慧平台对节点的效用函数,进而确定智慧平台的防御策略。其次,通过计算节点重要性,提出一种基于节点重要性的标签传播算法来确定告密者的放置位置。再次,对节点的传播能力进行计算,提出基于四属性的节点传播能力计算方法,得到攻击者的攻击目标集。最后,考虑存在多个攻击者时攻击者之间的合作攻击行为对智慧平台防御策略的影响,建立了攻击者独立攻击和合作攻击的收益矩阵。仿真实验结果表明,基于四轮议价Bayesian博弈模型的防御策略提高了应用和设备在交易达成时的收益,降低了恶意应用采取攻击策略的概率,从而增强了信息隐私的安全性;基于Stackelberg博弈模型的多阶段防御策略能够有效监测攻击者的攻击行为,提高了智慧平台的防御收益,降低了攻击者采取攻击行为的概率,从而提高了终端设备网络的安全性。综上,上述两个方案能够有效地解决终端设备交互安全问题。
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