摘要: 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，信息系统正在人类社会中承担着越来越重要的作用，并逐渐向复杂信息系统转化。复杂信息系统已经融入社会生活的各个方面，其安全性也显得尤为重要。因此，提高复杂信息系统的安全性，已经成为研究人员和管理人员... 展开 随着计算机技术和网络技术的飞速发展，信息系统正在人类社会中承担着越来越重要的作用，并逐渐向复杂信息系统转化。复杂信息系统已经融入社会生活的各个方面，其安全性也显得尤为重要。因此，提高复杂信息系统的安全性，已经成为研究人员和管理人员的共同目标。复杂信息系统的安全性与复杂信息系统的网络拓扑结构有着密切的关系，如何从网络拓扑的角度来分析复杂信息系统深层次的安全问题是复杂信息系统安全性研究的重要内容之一。 复杂信息系统规模庞大并且复杂性极高，其拓扑形成大规模网络，表现出复杂网络特性。因此本文基于复杂网络理论对复杂信息系统网络拓扑安全性进行研究，依次从安全风险传播以及级联故障行为两个方面提出了一系列模型和研究方法，在此基础上研究了复杂信息系统网络拓扑中各因素对网络动力学过程的影响，并对引入安全措施前后的复杂信息系统网络拓扑的安全性进行了分析。 本文的创新点主要体现在如下几个方面: (1)建立了基于物理层次与逻辑层次关联关系的复杂信息系统模型，并对复杂信息系统安全威胁及安全风险特征进行了分析。目前针对信息系统的研究通常从物理与逻辑两个层面分别展开，未针对二者之间的关联建立对应关系。随着信息系统发展，复杂性的剧增使得系统两个层面之间线性或网状的关联无法准确建立，导致复杂信息系统的风险评估无从入手。本文提出了基于物理层次与逻辑层次关联关系的复杂信息系统模型，通过引入物理拓扑、业务逻辑以及关联关系三元素，能够准确表示出系统物理拓扑与逻辑业务之间的关系。该模型的建立弥补了当前复杂信息系统物理与业务分别建模的不足，确立了复杂信息系统中物理拓扑与业务逻辑之间的关联关系，适用于对复杂信息系统的整体结构进行综合分析。 (2)针对安全风险在复杂信息系统中的传播问题，建立了元胞自动机与复杂网络理论相结合的安全风险传播模型。该模型通过引入元胞自动机来模拟复杂网络中安全风险的传播现象，不仅能够反应出安全风险传播的平均趋势，而且可以描述安全风险的消亡等稀有概率事件。在该模型的基础上，本文从安全风险的传播阈值、传播演化趋势以及传播最早期的消亡情况三个方面进行研究，分析得出了影响复杂信息系统安全风险传播的关键要素，并将该模型应用于网络拓扑静态安全性研究，提出了复杂信息系统静态安全性分析方法。 (3)基于级联故障的复杂信息系统网络拓扑动力学行为特性研究。复杂信息系统被攻击或者故障引发的级联故障行为是复杂信息系统网络拓扑动态安全问题的主要表现。针对该问题，本文建立了三种级联故障模型，给出了网络效率的定义，并研究了模型在四种网络拓扑下的网络级联动力学行为。在这些模型的基础上，本文分析得出了网络拓扑中各元素对网络效率和网络故障率在级联故障过程中变化情况的影响。根据研究得出的结论，本文提出了网络拓扑动态安全性的综合分析方法，能够对复杂信息系统网络拓扑的动态安全性进行准确的量化及分析。 (4)引入免疫机制及应急恢复机制的复杂信息系统网络拓扑安全性研究。针对网络拓扑静态安全问题的主要安全措施是建立安全风险免疫机制，而针对网络拓扑动态安全问题的主要安全措施是建立应急恢复机制。针对复杂信息系统中的安全措施，本文建立了引入免疫机制的复杂信息系统安全风险传播模型以及带有应急恢复机制的级联故障模型。在模型的基础上本文分别针对安全风险传播行为和网络级联动力学行为进行了研究，分析了网络拓扑静态安全措施和动态安全措施的防护效果。本文的研究方法能够帮助分析引入安全措施后复杂信息系统网络拓扑的安全性。 收起