（计算机应用技术专业论文）动态信任模型研究.pdf

东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过 的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：靠厶心 l 留。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印 件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质 论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括 以电子信息形式刊登) 论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布( 包括以电 子信息形式刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签 期： ，叮谬 摘要 现在，信息网络的基础性研究日益加强，如何使网络变得更加安全、更加易于控制 是一个挑战。虚拟的网络社会和人类的现实社会有很多相似性，它们都以人类的需求为 根本。随着科学技术的飞速发展，多终端的出现，各种业务的不断融合，互联网日益呈 现出复杂、异构的特点，同时也暴露出了网络使用的“诚信危机。 将信任的理念普及到网络应用当中，可以帮助网络中的节点建立起对其它节点的信 心，从而创造一个稳定的环境以推动虚拟状态下事务的交互，同时降低与之相关的风险。 可以安全、有效地选择满足自身要求的服务提供者。现实生活告诉我们，并不存在一成 不变的信任关系，一些外在因素的改变，例如，随着时间的推移，信任的程度会减弱。 它是一个动态变化的过程，从选择策略的建立、信任关系的维护、信任值的更新、传播 直到信任关系的撤销，都体现了信任的动态性。本文通过了解网络信任模型的发展历程 和研究状况，分析其工作原理，提出了一种根据节点判断标准进行分组计算信任值的动 态信任模型。 生活中，假如选择某种服务机构，我们更愿意采纳和自己有着相似评价标准的朋友 的建议。同理，网络中的节点也可以根据对资源判断标准的相似性，动态地聚集成群组， 从而可以更加方便的进行资源共享，提高搜索效率，优化网络性能。本文提出的动态信 任模型，在节点交互频繁的网络，有利于对影响信任各因素的系统化分析，方便设定不 同粒度的信任等级，同时文章给出了对不同类型的信任进行融合的方法。最后，基于查 询周期仿真器( q u e r yc y c l es i m u l a t o r ) 进行模型的仿真实验，从准确性和收敛性等 方面对不同模型的仿真结果进行比较分析。实验结果表明，模型能够很好地鉴别网络中 简单孤立的恶意节点和合谋欺骗节点。 关键词：信任模型，动态信任。群组，推荐 ab s t r a c t c u r r e n t l y , w i t ht h eb a s i cs t u d y i n go fi n f o r m a t i o nn e t w o r k ，i ti sac h a l l e n g et om a k et h e o p e r a t i o nm o r es a f ea n de f f e c t i v ei nt r u s tr e s e a r c ha r e a t h e r ea r eal o to fs i m i l a r i t i e sb e t w e e n t h ev i r t u a ls o c i e t ya n dt h eh u m a ns o c i e t y b o t ho ft h e ma r eh u m a n o r i e n t e d t h ei n t e r n e t r e f l e c t st h ef e a t u r e so fc o m p l e x i t ya n di s o m e r i s mw i t ht h ed e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y c r e d i tc r i s i sh a sa l r e a d ye m e r g e d i ti sh e l p f u lt oe s t a b l i s hc o n f i d e n c ea m o n gn e t w o r kn o d e sb ym e a n so f c o m b i n i n g t r u s ta n dn e t w o r ka p p l i c a t i o n s t h et r a n s a c t i o n sc a nb ed o n ei nas a f ev i r t u a le n v i r o n m e n t n eb e s ts e r v i c ep r o v i d e r sc a nb ec h o s e nb yu s e r s t r u s tw i l lb ew e a k e n e dd a ya f t e rd a y o t h e re x t e m a lf a c t o r sh a v et h es a m ei n f l u e n c eo nt r u s t ，s oi ti sad y n a m i cp r o c e s s f r o mt h e s t a r tt ot h er e v o c a t i o n t h r o u g ha n a l y z i n gt h et r u s tm o d e ld e v e l o p m e n th i s t o r ya n dt h e w o r k i n gm e c h a n i s m ，i te x p r e s s e dt h a tt h ed y n a m i cn a t u r ew a st h ek e yf a c t o ro ft r u s tm o d e l r e s e a r c h at r u s tm o d e li sp r o v i d e da c c o r d i n gt ot h ec r i t e r i o ns i m i l a r i t i e so fd i f f e r e n tn e t w o r k n o d e s p e o p l ea r es u b j e c tt ot h eo p i n i o n sb yt h eo n e sw h oh a v et h es i m i l a rj u d g m e n t s f o rt h e s a m er e a s o n , t h en o d e sc a nb eg r o u p e dd y n a m i c a l l yb yt h es a m ej u d g m e n t st or e s o u r c ei n n e t w o r k i ti sb e n e f i c i a lt ot h er e s o u r c es h a r i n ga n dt h en e t w o r kp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o n i ti sc o n v e n i e n tt oa n a l y z es y s t e ma t t r i b u t e sa n dt os e td i f f e r e n tl e v e l su s i n gt h i s d y n a m i ct r u s tm o d e l m o r e o v e r , t h em e t h o do fc o m b i n i n gd i f f e r e n tt y p e so ft r u s ti se x p l a i n e d f i n a l l y , s i m u l a t i o n sa r ec o n d u c t e do nt h eq u e r yc y c l es i m u l a t o ra n ds e v e r a lc o m p a r a t i v e a n a l y s e sa r ee n g a g e dt h r o u g ha c c u r a c ya n dc o n v e r g e n c e 1 1 1 ec o n c l u s i o n se x p r e s s e dt h a tt h e m o d e lc o u l di d e n t i f ys i m p l ei s o l a t e dm a l i c i o u sn o d e sa n dc o l l e c t i v em a l i c i o u sn o d e sb e t t e r k e y w o r d s ：t r u s tm o d e l ，d y n a m i ct r u s t ，g r o u p ，r e c o m m e n d a t i o n 目录 摘要i a b s t r a c t i i 第l 章绪论1 1 1研究背景1 1 2研究现状及发展动态2 1 3本文工作4 l4论文组织结构4 第2 章模型的相关理论与介绍6 2 1信任的定义与分类6 2 1 1信任的定义6 2 1 2信任的构成与分类7 2 2动态性分析8 2 2 1信任关系的性质8 2 2 2动态性分析9 2 3信任模型1 0 2 3 1集中式和分布式信任模型1 0 2 3 1 1集中式信任模型1 0 2 3 1 2分布式信任模型1 1 2 3 2典型模型介绍1 2 2 3 2 1p e e r t r u s t 模型1 2 2 3 2 2 j o s a n g 信任模型1 4 2 4本章小结1 5 第3 章动态信任度评估模型1 6 3 1基本思想1 6 3 2模型总体设计1 7 3 2 1设计目标1 7 3 2 2 设计流程图1 8 3 3动态信任评估模型1 8 3 3 1求解过程1 9 3 3 1 1初始值计算2 0 3 3 1 2直接信任值计算2 0 3 3 1 3推荐值的计算2 3 3 3 2应用网络安全分析2 5 3 4本章小结2 6 第4 章体系架构设计及性能分析2 7 4 1体系架构2 7 4 2性能分析2 8 4 2 1存储及查找算法2 8 4 2 2效率分析3 2 4 3本章小结3 2 第5 章仿真实验及结果分析3 3 5 1仿真环境3 3 5 2基本原理3 4 5 2 1测试方案3 4 5 2 2节点类型及参数设置3 5 5 3测试结果3 6 i 5 3 1准确性分析3 6 5 3 2收敛性分析：3 8 5 。4本章小结3 9 第6 章结束语4 0 6 1研究工作总结4 0 6 2未来研究工作展望4 0 致谢4 1 参考文献4 2 作者简历4 5 i v 第1 章绪论 1 1 研究背景 第1 章绪论 网络给我们提供了一个广阔的共享和交流信息的舞台。在这里，新技术得到迅速发 展，新的业务模式层出不穷。人们可以和网络中任何一个能够到达的节点( 节点可以是 工作站、客户、网络用户或个人计算机，还可以是服务器、打印机和其它网络连接的设 备) 进行互动，尽管这个节点可能是陌生的，甚至是恶意的。毫无疑问，网络中存在着 各式各样的危险，并且危险正在一步步的复杂化：黑客的攻击愈演愈烈，病毒的变种屡 见不鲜，恶意用户的欺骗行为也时有发生。每一个网络用户都有可能成为安全攻击的受 害者，也可能无意间成为攻击者，例如僵尸网络攻击者通过各种途径传播僵尸程序 感染互联网上的大量主机，而被感染的主机将通过一个控制信道接收攻击者的指令，组 成一个僵尸网络，众多的计算机在不知不觉中如同中国古老传说中的僵尸群一样被人驱 赶和指挥着，成为被人利用的一种工具。一个人在网络上声称自己是享誉世界的科学家， 我们很难判定他的身份是否属实，因为通过互联网，使得虚构一个身份或者假冒一个身 份变得更加简单、便捷。如何应对上述威胁，给人们提出了新的挑战。 “信任 这个词的理念是从社会网普及到计算机网络中，其应用已经在授权管理、 访问控制、电子商务、服务选择、分布式计算等方面得到了飞速发展。网络中，信任可 以帮助一个实体( 本文中实体是指客观世界中存在的且可互相区分的事物，可以是人也 可以是物体实物，也可以是抽象概念) 建立对其它实体的信心，通过维系信任纽带，创 造一个稳定的网络环境，以推动虚拟交互或者事务的进行，同时降低与之相关的风险。 理想情况下，能够将开放环境下的广泛连通性、信息极大丰富性及共享灵活性所带来的 好处发挥到极致。 心理学、社会学、行为学、政治、经济以及计算科学等学科，都表达了各自对信任 的理解和看法。心理学对信任的探讨主要集中于人的内心，人的主观感受，是“人 这 个个体对一个特定事件的反应。社会学，顾名思义，倾向于对社会网中人际关系的信任 研究，阐述在人与人或者人与社会的交互中，信任在感情以及利益分配中所起的作用。 在社会关系中，当一个个体和其它独立的、行为不能完全预测的个体进行交互，通常会 带来一定的复杂性。信任是能够有效降低这种复杂性的方法中，最为重要的一种。当规 章制度不能完全约束这种交互的时候，信任越来越受到重视了。生活中，我们理解的信 任是一个人对另一个人将来能够按照自己期望的那样做的种信念。虽然不能完全保证 其行为是一模一样的，但是假如两人先前的交互符合自身的期望，就可以增加信任感。 在商业上，信任是和事件的本质、复杂性、多面性以及内容相关的。也就是说，期望的 越大，对信任的要求也就越高。信任的程度越大，越能够帮助交易的双方减少一些额外 的谈判、调查开销，促进双方的长期合作。 由于各学科的自身特点和关注的角度不同，研究的内容和对象也不同，信任的解释 很零散。应用到计算科学上，可以借鉴各学科的研究成果，从现实出发，对个体、社会 东南大学硕士学位论文 进行综合的分析，才能在一些新型业务上得到更好的应用。g r a n d i s o n n l 对“信任 一 的定义和作用进行了概括和总结，本文引用其对“信任 一词在计算科学上的定义一 在指定的情境中，对一个实体能够可信地、安全地、可靠地执行任务的一种坚定信念。 设可信性涵盖了时效性。与之相反，不信任则定义为对其能够可信地、安全地、可靠 执行任务缺乏信任。 信任应用到网络安全的管理中，能够发挥广泛的作用瞳3 ： ( 1 ) 预报和诊断：当网络中一个实体同其它实体建立起稳定的信任关系后，就 可以预测对方将来执行某种行为的可能性，并能诊断其安全性质。能够协 助检测，增强网络的安全性和鲁棒性。避免与不诚实的实体合作，降低遭 受损失和受到攻击的可能性； ( 2 ) 将社会的需求整合到设计当中：信任可以作为社会需求和安全解决方案之 间的桥梁，比如彼此间的共同利益可以促使网络中的实体进行合作。可以 说今日最苦恼的安全问题不是技术上的难关，而是人类行为和科技缺乏互 动。 此外，很多学者、研究机构也分析了信任在因特网关系中的重要性嘲州5 1 。 对于这个领域，有很多公开性的问题值得我们思考：信任的度量标准是什么? 信任 度量的数学性质又是什么? 怎样设计信任的建立方法并确认是否有效? 信任关系在建 立的过程中是否容易受到攻击? 相信如果能够建立起统一的标准，就会加快技术的突 破，促进互联网产业的迅猛发展。 1 2研究现状及发展动态 信任的研究最早开始于人文学科，也偏重于对其本身概念的定义和描述，以及对个 体、社会影响的探讨。近十年，信任的应用在计算科学领域得到了飞速发展。但是在网 络中，将其应用到实际形态各异的环境，需要模拟信任的不确定性、主观性、动态性等 各种复杂特性，有很多难题亟待解决。 本文研究的是基于信誉的信任模型，“信誉 和“信任 两个词很容易混淆。概括 来说，“信任 主要来自于在相应的制度下双方交往的经历。而“信誉”既是“信任 长时间的累积，又是“信任 的一个重要来源。“我信任你是因为你有良好的信誉 这 句话可以很好的表达两者之间的差异。在计算机科学领域，这两个概念被模糊化了，本 文不加以区分，统一称之为“信任。 信任模型的研究，涉及到概念的定义、形式化描述、定义操作法则、相关信息的收 集、存储、分发、筛选、建模、推理等等，是各学科知识的综合和延伸。1 9 9 4 年哲学博 士s t e p h e nm a r s h 基于社会化属性，从社会学和心理学的角度提出了一个相当全面的形 式化信任模型，并且对信任进行了详细的定义和分类研究1 。自此以后，伴随着网络新 型应用的频频出现，信任扮演着越来越重要的角色。许多研究机构和学者对信任模型进 行了深入的探索。a j o s a n g 基于信任度模型和主观逻辑，把信任抽象为二元事件的概 率分布，其先验概率分布可以用b e t a 密度函数表示，将信任值归结为后验概率分布。 2 第l 章绪论 随后，定义了信任的结合、折扣、遗忘等操作法则；p e e r t r u s t 模型髓3 的信任计算过程 融合了反馈内容、反馈的数量、反馈源的可靠性、环境事务因子、社区环境因子五个信 任变量，并且分析了模型在p 2 p 环境中抵抗特定攻击的能力；基于b a y e s i a n 网的信任 模型阳1 的信任机制其理论基础是贝叶斯准则，利用大量的统计数据作为先验条件，推断 在特定环境下实体信任度的概率；此外还有b e n - j y ec h a n g 在分布式移动a dh o c 网络 中基于马尔科夫链的模型n 们，将信任值定义为状态，并说明了引起状态变迁的事件类型， 节点经历一系列的事件，在这个过程中，状态变迁符合非周期时间连续的马尔科夫链的 性质，根据这项性质，可以推断节点的下一个状态，也就是下一个信任值。这些模型， 从不同的网络环境和不同的网络应用出发，体现了信任在如今互联网中发挥的重要作 用。 信任具有动态性，信任的程度会随着时间的流逝而逐渐减弱。双方的一次成功的交 互行为，发生在昨天比发生在一年前，其相互产生的信任感觉会更强。此外，我们身处 的环境也具有动态的特性，无论是不同地点的物理环境还是同一地点不同时刻的网络环 境，都在发生着变化。动态信任关系建模就是针对网络中信任环境的复杂化和信任关系 的动态性问题，通过将信任关系理解为随时间、环境、信任关系属性等因素动态变化的 过程，研究适用于不同应用环境的动态信任模型和管理技术。动态性的研究，能够提高 模型的准确性和灵活性，并且通过研究信任和风险、信任和激励之间的关系，设计增强 模型自学习的能力，能够使得模型的应用面更加广泛，更加适应现在新型业务层出不 穷的网络环境。因此，研究模型的动态性，更加符合信任的本质特性和环境的实际需要， 这也是当前该研究领域的热点。 动态性涵盖的因素是广泛的，涉及时间、环境、上下文、用户行为等，对其研究不 能局限于某一方面，要结合实际环境，判断各因素影响程度的大小。在建立动态模型的 时候，如何设计高效准确的表达方式对各因素进行描述，是非常关键的。同时，相关信 息的收集、传播和存储、计算的时间和系统运行负荷等都会带来一定的开销，需要平衡 模型的复杂性和实际应用的效率。假如模型实现的代价超过了带来的效益，那就得不偿 失了。近几年，将风险评估融入到信任模型的研究当中，是一步不小的跨越。 目前，如何增强模型本身的抗攻击性也在研究的热点当中，同时也是研究的难点一 一“安全 是一个相对概念，不存在绝对的安全，“威胁 一直是一个动态过程，不可 能根除威胁，所以唯有积极防御、有效应对。网络中，新型业务模式曾出不穷，新型网 络也在不断的涌现，传感器网络、普适网n 、蜂窝网等，模型也要加大其灵活性和适用 性，使之便于移植。很多高科技公司也加入了研究当中，一些标准的建立也加快了技术 的突破和实际的应用。 网络基本信息的采集和分析是准确建立模型的基础，无论一个模型的算法理论上有 多么的高效，如果对影响信任关系各因素的选择不合理，模型信任等级粒度的划分不恰 当、各因素的影响权值定义不准确，就会影响整个网络信任模型的运作。这需要各学科 协同合作，加强基础理论的研究，对网络行为和用户行为信息进行采集、分析和模式的 提取，对模型进行形式化分析，增强其实际应用的能力。 东南大学硕士学位论文 1 3本文工作 信任应该被认为是一个动态的过程，随时间、信任上下文、环境等诸多因素动态的 变化。但在大多数传统的信任模型中并没有体现信任的这些动态特性，少数模型虽然考 虑了信任关系随事务重要性而变化的问题，但也只是刻画了信任关系动态性的一部分， 未能根据实际的应用环境，进行选择。本文针对网络中一些节点对判定一次交互是否满 意的标准具有相似性的特点，将相似的节点动态地聚集为群组来进行分析，能够更加方 便的进行信任度的计算，选择合适的下载源，减少不必要的查询搜索，优化网络性能。 同时，综合分析影响信任决策的各种因素及影响大小，结合社会网的信任构成特点，以 节点在实际操作过程中的主观意向为指导，设计一种依据节点对信任的判断标准为分类 属性的层次化模型，对其进行仿真实验，分析了模型的性能。 本文的研究目标是：通过对信任基础理论和典型模型的学习，在模型的设计中，增 加判别能力，能够区分诚实节点和恶意节点，以抵抗恶劣的网络环境；给出了节点加入 和离开群组的语义表述，理论分析模型的扩展性和容错性；通过信任值的更新过程，体 现节点间信任关系变化的动态性。 为实现研究目标，本文的研究内容主要包括以下3 点： ( 1 ) 学习信任模型的相关基础理论，了解模型的计算原理，归纳其优缺点。分 析动态性和其它方面的性质，这些都是研究的基础性问题； ( 2 ) 设计根据节点判断标准进行分类的模型，并对模型进行描述，给出了流程 框架，可以看到，将模型的各个功能组件模块化有利于故障的分析； ( 3 ) 基于s t a n f o r d 大学的q u e r yc y c l es i m u l a t o r 网络工具搭建仿真平台，进 行准确性和收敛性分析。 1 4 论文组织结构 第1 章从分析目前网络及用户安全威胁的特点出发，引出了加强信任管理的重要性。 之后通过介绍国内外的研究成果，指出模拟信任动态性是研究的关键。同时，给出了论 文的结构和研究内容。 第2 章首先对涉及信任模型的一些基础性理论进行了介绍，分别是信任的概念、构 成、性质和作用。之后重点分析了动态性，并列举了2 个典型的信任模型。这一部分为 后续模型的整体设计奠定了理论依据和设计基础。 第3 章分析虚拟网络和社会网络中，信任关系的相似性，结合信任本身的特点和实 际的应用环境，设计了一种根据主体判断标准进行节点分类的动态信任评估模型，并详 细说明了信任值的计算方法。 第4 章对模型各个模块的实现方法分别做了介绍，包括数据的存储方案和数据结构。 通过给出的模型体系架构，做了功能与性能的理论分析，总结了分析结果。 第5 章使用仿真器对模型进行了准确性和收敛性测试，给出了测试原理和方案，并 对结果进行分析。 4 第1 章绪论 第6 章对论文完成的工作进行总结，接着对本文的理论和实践成果进行了介绍，分 析其不足之处，并对后续工作提出了一些想法。， 5 东南大学硕士学位论文 第2 章模型的相关理论与介绍 2 1信任的定义与分类 2 1 1 信任的定义 由于涉及领域的广泛，信任并不存在一个统一的、通用的定义。其实它并不需要复 杂的、大而全的概括，一个好的解释应该能够反映信任的本质特征，体现词语本身的精 髓，还要便于后续的延伸和扩展。想对于单纯的概念化，人们更加热衷于对其进行非理 性的探讨。最早起始于人文学科：1 9 7 9 年，德国社会学家卢曼将“信任 定义为：“信 任是为了简化人与人之间的合作关系。其目的是为了减少社会复杂性，而这种复杂性 是由具有不同理解力和目的的个体之间的交互而引起的。很多基于信誉的信任系统都是 从社会学得到的灵感，因此，这个解释也比较贴近计算科学的解释。 在计算科学当中，一些广为接受的定义为： ( 1 ) 计算机科学家g a m b e t t a 于1 9 9 0 年给出：“信任被定义为个体评估另一个 体或者团体即将执行某一特定行为的主观可能性的等级，评估发生在个体 能够观察到该特定行为之前，且该特定行为会影响评估者自身的行为。 g a m b e t t a 认为信任不是一个门限点，而应该是一个概率分布，可以用介于 完全不信任( 用0 表示) 和完全信任( 用1 表示) 之间的值来表示，且以不确 定性为中点( 用0 5 表示) 。该定义从信任方的角度认识被信任方的可靠性； ( 2 ) k i n ia a n dc h o o b i n e hj 在文献 1 2 中将信任解释为：对某个人或事物 的一种假设的信心，对其性质、能力、力量或者真实性的坚定的依赖；一 份对信念、信心或者一个关系条件的责任或职责：对一个实体赋予信心。 他们的解释着眼于电子商务中的人类信任关系，但是没有说明在交易中实 体的信任是怎样发挥作用的； ( 3 ) 联合研究中心欧洲委员会从商业管理的角度给出了信任的定义：一种商业 关系的性质，使得商业合作伙伴可以相互信任，商业交易可以得到发展； ( 4 ) g r a n d i s o n 对“信任 一词的定义和作用进行了概括和总结。本文引用其 对“信任一词在计算科学上的定义在指定的情境中，对一个实体能 够可信地、安全地、可靠地执行任务的一种坚定的信念( 假设可信性涵盖 了时效性) 。相应的，不信任则定义为对其能够可信地、安全地、可靠地 执行任务缺乏信任。 此外，i t u t 推荐标准x 5 0 9 规范( x 5 0 9 ，s e c t i o n 3 3 2 3 ) 中给出的定义：e n t i t y “a t r u s t se n t i t y “b w h e n “a a s s u m e st h a t “b w i i ib e h a v ee x a c t l ya s “a e x p e c t s 。翻译成中文，这段话的意思是：当实体a 假定实体b 将会严格的按照自己所 所期望的那样行动，则a 信任b 。从这个定义可以看出，信任涉及到假设、期望和行为， 6 第2 章模型的相关理论与介绍 这意味着信任是不可能被定量测量的，因为其间包含着太多不确定性因素。 2 1 2 信任的构成与分类 研究信任的问题，不可避免的要探讨信任的构成要素。其中信任者、被信任者和信 任行为总是必不可少的，很多情况下，由于信任者信息的缺乏，推荐者也参与到了信任 关系的建立当中。这些都是我们研究的基础性问题。 信任者也就是发起信任关系的个体，有权决定信任关系的建立与否。这要求信任者 有收集信息的能力和必要的推理能力，此外，还要有理性的判断能力；被信任者是信任 关系纽带的另一方，相对处于弱势和被选择的地位，除了受历史记录、能力、外在环境 影响外，信任者的主观意向起到了主导作用，即信任者有权制定和选择信任关系建立的 规则。信任关系建立过程中，采取的一系列行为称之为信任行为。信任感不是一个绝对 的变量，信任者对不同的被信任者有不同程度的信任度，被信任者要遵循信任者制定的 游戏规则，以此来提升在信任者心目中的信任度。 通常，根据信任关系建立的渠道方式，将其分为以下三种不同的类型： ( 1 ) 直接信任：是个体自身通过观察以往和其它个体之间的交互记录，来推测 下一次的交互成功的概率。例如可以用成功交互次数所占的比重s n ( s 为成功交互的次数，n 为交互的总次数) 来表示个体的直接信任程度； ( 2 ) 推荐信任：当个体对目标缺乏足够的信息或者目标完全陌生时，可以有选 择的采用一些推荐者的推荐信息。这里“有选择 是表示个体要有能力判 断推荐信息是否可靠，并能够结合本身对推荐者的信任程度，对推荐信息 一定程度的折扣操作； ( 3 ) 间接信任：信任有通过第三方传递的特性。间接信任反映了信任的传播问 题。 3 种信任关系的关联如图2 - 1 所示。 、 、哟筐一一一 一， 图2 一l 信任关系 节点a 想要判断节点c 是否可靠，但是节点c 对于a 来说是完全陌生的。于是a 求 助于以前接触过并且信赖的节点b 。节点b 和节点c 有过直接交互的历史，它向a 推荐 说节点c 是值得信赖的。那么a 和c 之间就通过b 建立了间接的信任关系。a 也对b 建 立一种关于推荐信息是否可靠的推荐信任关系。 7 东南大学硕士学位论文 2 2 动态性分析 2 2 1 信任关系的性质 本文总结了一些文献资料，将信任关系的性质总结为以下8 条： ( 1 ) 传递性：一些学术著作认为信任是不应该传递的，然而存在着信任授权或 者委派的情况，例如上层服务器可以把一部分的鉴定任务授权给下层代理 服务器； ( 2 ) 信任的分级：同时信任月和b ，但是信任月的程度可以远大于b 。在信任 模型的构建中，可以把信任量化为不同的等级，根据实际应用环境，进行 不同粒度的划分； ( 3 ) 主观性：通俗的说，信任关系的主导者( 信任者) 有权决定游戏的伙伴、 游戏的玩法、游戏规则的制定等。每一个个体都有自己的个体偏好、兴趣 方向和惩罚规则，在信任关系的建立过程中，从候选者的收集、评估到最 后的筛选，这一系列的行为，信任者始终占据着主导地位，以满足自身需 求为目标； ( 4 ) 可理解性：即要使游戏的参与者能够准确有效的理解游戏的规则。在信任 关系的建立过程中，如果信任双方的沟通存在着障碍，就会产生行为偏差。 带来的后果是建立错误的信任关系，个体期望的目标也不会有效的达成。 这条性质要求建立正确高效的表达方式、运算法则、决策规则和行为描述 语言等，也要保证通用性和时效性； ( 5 ) 传递的单向性：a 信任b ，并不能保证b 也信任月。不同的起始点，意味着 是两种不同的信任关系，相互的信任不一定成立。根据信任的主观特性， 个体在对被信任的个体或者个体集合进行评价的过程中，会带有鲜明的个 体特性，被信任者也会用自己的努力，依照制定的规则，来修正历史评价； ( 6 ) 相对性：现实生活中，各种信息浩瀚如海，质量参差不齐，信息的筛选只 能依靠个体自身知识的积累、经验、学习和看待事物的准确性。信息是残 缺的，只能在以后不断的学习中进行修正。一种信任关系的建立，是以历 史的记录事件为基础，对未来的一种情形进行预测，预测是否可靠，包含 了太多的不确定因素。整个过程也包含了太多非理性的因素，因此，我们 无法证明一种信任关系是绝对的正确，只能证明在某种特定的环境下，这 种信任关系是相对合理的； ( 7 ) 动态性：随着时间的推移，信任关系并不是一成不变的，增加诚实的行 为会提高自身的信任度，反之，会降低； ( 8 ) 信任是上下文相关的：在不同的环境中，个体对信任程度的要求是不一 样的。例如，在一个安全性较低的网络环境中，个体间要求的信任程度特 别严格，以此降低交互的风险。电子商务中，金额大的交易会更加谨慎的 8 第2 章模型的相关理论与介绍 选择诚信的交易伙伴。 2 。2 2 动态性分析 现实生活告诉我们，并不存在一成不变的信任关系。若没有外在因素的改变，随着 时间的流逝，信任的程度会削弱。它是一个动态变化的过程，包括了选择策略、建立、 维护、更新、传播直到信任关系的撤销。通常，以下几个方面造成了信任关系的动态变 化： ( 1 ) 主体因素：信任的一个性质就是主观性，作为建立信任关系的个体，认知 能力是参差不齐得，兴趣偏好和判断规则也可能是不一样得。主观性包含 了不确定度和一些其它未知因素。在后续信息采集中，个体收集的信息和 自身的学习能力，使得对判断的自信程度加强，不确定度减弱。从而影响 对同一事物信任度的判别； ( 2 ) 客体因素：影响信任关系的因素有多个方面，并且随外界环境，如时间、 地点的改变，属性值会发生变化。这种改变在一定范围内可能存在特定的 规律性，也应该直接体现在信任关系的动态变化上。 信任关系有时候并不都是简单的一对一，通过简单的信任传递、合并，构建成了复 杂的信任网。这是不同的信任双方两两相互作用的结果。其相互的影响有一定关联性。 同时，影响信任关系的外界因素也不是绝对独立的。这些都增大了描述动态性的复杂程 度。 动态信任关系建模就是针对网络中信任环境的复杂性和信任关系的动态性问题，研 究适用于不同应用环境中的动态信任模型和动态信任关系的管理技术，将信任关系理解 为随时间、环境、信任关系属性等因素动态变化的过程，通过动态的模型描述这种信任 关系，是一种循环的过程。 动态信任模型研究，需要找到合适的描述语言和方法来表达信任的动态抽象形式， 以及动态信任关系的形成和传播的演算方法。早期的信任模型对动态性的刻画不够全 面，只是在信息的收集和策略的改变上进行改进，主体、客体的特性尤其是主观性没有 得到很好的体现。可以看出，和传统信任模型研究相比，描述信任的动态性，需要关注 的变量会更多。而且，信任的演化过程会同时受到多个属性的综合影响，模型的复杂程 度会更高。因此，如何在模型的复杂性和实用性之间进行折衷也是动态信任建模需要考 虑的问题。 建立动态的信任模型，意义在于： ( 1 ) 提高模型的准确性：采用动态的方式实现信任的描述和管理，多属性的综 合评估使得模型会更加贴近实际，符合人类的认知； ( 2 ) 提高模型的灵活性：多属性，意味着可以进行模块化设计。便于模型后续 的动态调整，从而适应不同的应用环境； ( 3 ) 通过研究信任和风险、信任和激励之间的关系，可以使得计算结果更加精 9 东南大学硕士学位论文 确。增加自学习的能力，会更加适应现在新型业务层出不穷的网络环境。 2 3 信任模型 2 3 1集中式和分布式信任模型 信任模型在物理架构上可以分为集中式信任模型和分布式信任模型两种。 2 3 1 1 集中式信任模型 集中式信任模型，顾名思义，采用集中的方式完成模型大部分的操作，包括反馈信 息的收集、信任值的计算、信息的存储、分发、更新等。例如早期电子商务领域的e b a y 、 a m a z o n 、淘宝。计算中心对信息的处理方法可能有所不同，页面上信任值的表达方式也 可能不一样，但都是少数几个固定处理服务器在集中操作。集中式信任模型的结构如图 2 - 2 所示。 ( 历史)( 现在) 图2 - 2 集中式信任模型结构 图中，节点a 和节点h 参考信任计算系统提供的历史事务交互记录，认为对方的行 为最可靠，选择了对方，双方从而开始了一次新的交互。在每次交互结束后，节点之间 会对彼此的行为给出评价，然后提交给信任计算中心。信任计算中心会不断地收集每个 节点的反馈评价信息并以此更新每个节点的信任信息，更新后的信息也会由信任计算中 心向整个系统发布。 在这类系统中，计算中心负责整个网络的监督工作，并定期通告违规的节点，维持 良好的网络环境。 集中式信任模型大都采取简单的信任计算。r u o h o m a as 等人对1 1 个主要的电子 商务网站和拍卖系统专家系统的信任模型进行了分析、对比与概括。总结了在推荐信息 的内容、信任值的范围和表达方式、信任值的推理方式等方面的优劣n 副。 典型的集中式信任模型主要有：基于d e m p s t e r s h a f e r 理论的信任模型n 州1 5 3 、 1 0 第2 章模型的相关理论与介绍 g i n s b e r g 模型钔、m a r s h 信任模型阻力和m a n c h a l a 提出的基于模糊逻辑的信任模型n 8 3 等。 此类系统在设计和实施的过程中，易存在以下问题n 引： ( 1 ) 仅仅依赖于不是肯定就是否定的反馈； ( 2 ) 模型的前提是节点提供诚实的反馈，反馈可信性鉴定能力不足； ( 3 ) 不能针对上下文环境对敏感信息进行处理； ( 4 ) 缺乏动态性： ( 5 ) 缺乏相应的激励机制。 集中式信任模型简单、易于实现，但同时也存在着集中式系统所共有的负载不均衡 和单点失效的问题，现在上述很多情况得到了改善。 2 3 1 2分布式信任模型 分布式信任模型大都模拟人类社会中信任关系的建立和维护方式，节点通过获得相 关的反馈信息，自己对信任值进行评估。这种方式带有强烈的主观倾向，以节点本身的 意向为主导。最具代表性的是以j o s a n g 为代表的感性信任模型。图2 - 3 为分布式信任 模型的一般结构。 ( 历史)( 现在) 图2 3 分布式信任模型结构 如图2 3 所示，每个节点仅仅记录一部分历史交互信息。节点a 和节点h 在一次新 的交互发生前，a 会向其它节点发出查询请求，节点d 和节点c 进行响应并返回节点h 的历史信任信息。节点a 根据这些信息做出是否值得交互的决定。同理，节点b 也可以 提供节点a 的信息，为节点h 提供参考。 分布式信任模型中，没有单独的处理中心，每一个节点都会承担一部分计算和存储 的任务，也都会向其它节点请求自己所需的信息。没有集中的存储中心来存储信任数据， 从安全的角度来说，模型会更加健壮。从应用的角度来说，也更加易于扩展。分布式信 任模型以人类的自然理念为基础，更加符合现在新型网络的要求，是目前研究的热点。 其中，根据信息的来源不同，又可以分为局部信任模型和全局信任模型。 ( 1 ) 局部信任模型： 节点通过查询有限的其它节点获得所需的信息，并结合本地存储信息来计算信任 东南大学硕士学位论文 值。这类模型强烈体现了信任的主观性，不同节点的评价标准、观察的角度不同，对同 一类事物，得出的结论可能是不同的。同时也反映了对用户和网络行为的不同理解，从 而形成自身的观点。p e e r t r u s t 模型、b a y e s i a n 模型、j o s a n g 的主观逻辑等都属于局部 信任模型； ( 2 ) 全局信任模型： 通过对全局信息的查询，进行信任值的迭代，从而获得在全局中的信任值。s t a n f o r d 大学的e i g e n r e p 娩订是具有代表性的全局信任模型：当节点a 需要计算任意节点b 的全局 信誉度时，首先通过节点b 的历史交易节点( 曾经与b 发生过交易的节点) 获知b 的信誉 度信息，然后根据这些提供节点b 信息的节点的自身局部信誉度( 从a 的角度来看) 综合 计算出节点b 的全局信誉度。 该模型最大的缺陷是没有考虑到网络的性能开销，每一次的计算都要涉及全网中信 息的迭代，在网络节点数目逐步增加的情况下，计算信任值引发的通信量和计算负载导 致网络性能的急剧下降，并且算法的收敛性也不能保证。这些都限制了模型在大型网络 中的应用。此外，模型也没有体现出信任的不确定性问题。 分布式信任模型的研究还处于起始阶段，目前存在以下一些问题： ( 1 ) 信任关系定义混乱； ( 2 ) 信任模型复杂多样； ( 3 ) 模型性能评价困难； ( 4 ) 模型存在实现代价与性能的问题； ( 5 ) 对于风险机制、服务者的声誉、恶意推荐的消除、信任初始值的获取等问 题缺乏综合考虑。 2 3 2 典型模型介绍 2 3 2 1p e e r t r u s t 模型 以前，在电子商务中，陌生节点建立信任关系的方法主要是通过可信的第三方或者 中间媒介的介绍。但是这种方法自适应性不强，并且在分布式网络中很难找到所有节点 共同信赖的第三方。 p e e r t r u s t 模型基于信誉的信任支持框架，它包含了一个基于交易反馈系统的 自适应信任模型，用来量化和比较节点的可靠性。并且给出了模型在一个结构化p 2 p 网 络上的分布式实现。p e e r t r u s t 是一个局部信任计算模型，它有两个主要特征：