在云概念中三種計算機病毒傳播模型應用分析

摘 要:在如今的計算機專業領域，云概念正在逐步地應用在現實生活中，將會對人們使用計算機的方式產生深遠影響;而計算機和網絡的安全問題也同時被突出出來。文章分析了在云概念的適用環境中，三種經典計算機病毒傳播模型——SIS、SIR和SIRS模型的應用前景和存在的主要問題。

關鍵詞:云概念 病毒傳播模型 SIS模型 SIR模型 SIRS模型

中圖分類號:TP3文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0028-01

在互聯網迅速發展的今天，云概念已成為當今計算機科學領域最為熱門的概念之一，同時也是一個有可能對未來世界產生深遠影響的研究領域。自從2006年谷歌推出了“Google 101計劃”，正式提出“云”的概念和理論以來，包括微軟、IBM等許多大公司都開始醞釀自己的“云計劃”。而云概念是指計算機、手機等電子終端產品能夠通過互聯網提供包括云服務、云計算、云安全等等一系列資源分享應用;計算機、手機等電子終端產品不再需要具備強大的處理能力，用戶享受的所有資源、應用程序全部都由一個存儲和運算能力超強的云端后臺來提供。在這種背景下，通過互聯網進行計算機病毒的傳播也有一定的新特點，相應的計算機病毒傳播模型也需要進一步探究;這里，對SIS、SIR和SIRS三種經典計算機病毒傳播模型在云概念中應用做一下分析。

1 SIS計算機病毒傳播模型

人們發現計算機病毒的傳播特性與生物學中的流行病病毒有很多共性之處，所以有可能根據流行病的數學模型推出計算機病毒傳播的數學模型。1991年，J.O. Kephart和S.R.White[1]聯想到這種共性，首次用流行病的數學模型對計算機病毒的傳播進行了分析，根據Kermach-Mchendrick生物病毒傳播模型提出了計算機病毒的傳播模型——SIS模型，如(1)式。

Kermach-Mchendrick生物病毒傳播模型描述了一定范圍下的生物體在t時刻下處于兩種狀態之一:易感染狀態(Susceptible)和感染狀態(Infectious)，而易感染者受到病毒感染變成感染者。SIS計算機病毒傳播模型與Kermach-Mchendric模型不同之處[2]主要在于計算機病毒感染者能夠以一定的治愈率δ被治愈馬上轉化為易感染狀態，而生物體被感染后則可能死亡或獲得免疫力，因此計算機狀態轉變過程是:Susceptible→Infectious→Susceptible。

(1)

在當今云概念可能廣泛實際應用的情況下，原有SIS模型的缺點—— 將所有的計算機被感染的比率和治愈率都規定為一定的，有可能得到改觀。由于所有區域內的計算機都由一個功能強大的云端后臺來控制，計算機病毒還有可能進行遠程感染，各計算機被感染的概率會比較接近，受每臺計算機的感染特征和連接率的影響減小，同時治愈率也是比較接近的。但另一方面，SIS模型所提出的“計算機病毒感染者被治愈后馬上轉化為易感染狀態”與現實網絡病毒傳播特性相比變得更加不符。由于互聯網提供云服務，執行云安全，被治愈后的計算機系統會集體升級殺毒軟件、安裝漏洞補丁，增強對病毒的防范、免疫能力，不會立刻轉化為易感染狀態。

2 SIR計算機病毒傳播模型

在計算機病毒傳播和控制策略的研究中，一些是基于Susceptible Infectious Removed(SIR)模型進行的。計算機病毒傳播的SIR模型[3]，又被稱為經典普通傳播模型:計算機被感染后可能癱瘓或獲得免疫力，在一段時間內不會被其他感染者感染，屬于“被移除狀態”，則在確定范圍下的計算機被劃分為3個狀態，易感染狀態(Susceptible)、感染狀態(Infectious)和被移除狀態(Removed)，如(2)式。計算機的狀態轉變過程為:Susceptible→Infectious→Removed。

(2)

由于SIR模型對項軌線和閥值進行了較為仔細的分析和研究，分析了計算機被感染后的變化，因而要比SIS模型有了提高[4]。當云端后臺控制區域內的所有計算機時，已感染病毒的計算機可能會被“移除”出體系外，進行隔離，也就是SIR模型中所說的被移除狀態(Removed)。但SIR模型并沒有考慮到在云安全已逐步得到應用的情況下，未被病毒感染的計算機會在感染前就得到病毒信息，下載相應的漏洞補丁，升級殺毒軟件，使計算機對此種病毒具有預免疫能力;實際中，不僅已被病毒感染的計算機可以從傳染中被移除，未被病毒感染的計算機也有可能從傳染中被移除。

3 SIRS計算機病毒傳播模型

R Pastor-Satorras等[5]使用平均場理論研究了在均勻網絡上的計算機病毒傳播過程，認為感染病毒后癱瘓或獲得免疫力的計算機，可以一定的生還率μ再次變成易感染者，則計算機的狀態轉變過程為:Susceptible→Infectious→Removed→Susceptible，提出了SIRS計算機病毒傳播模型:

(3)

其中，β表示一個已感染病毒的計算機將病毒傳染給與其它易感計算機的概率，δ表示一個已感染病毒的計算機可以被治愈的概率。假如感染率β比較高，病毒則會大量傳播;假如治愈率δ比較高，病毒傳播則會得到抑制。SIRS模型考慮了更加具體一些，注意到癱瘓或獲得免疫力的計算機有可能再次變成易感染者，但在云概念的實際應用中，這種可能性變小，雖然病毒感染有可能出現成片爆發的趨勢，而由于云安全的執行，對病毒的控制也會進行較為系統的組織。

4 結語

計算機病毒傳播模型可以為網絡病毒傳播的預測和防范提供有利的工具。通過模型的求解能夠幫助人們理解計算機病毒在網絡中的傳播規律和預測由于病毒的傳播所導致的危害程度。隨著云概念在實際生活中的逐步應用，針對網絡病毒的防治需要提出適合于區域內計算機都由云端后臺控制的計算機病毒傳播模型。