基于隐性社交关系的社交物联网信任评估模型_张红斌.pdf

2023 年 4 月 Chinese Journal of Network and Information Security April 2023 第 9 卷第 2 期 网络与信息安全学报 Vol.9 No.2 基于隐性社交关系的社交物联网信任评估模型 张红斌1,2，樊凡1，赵冬梅2，刘滨3,4，尹彦1，刘建1（1.河北科技大学信息科学与工程学院，河北 石家庄 050018；2.河北师范大学河北省网络与信息安全重点实验室，河北 石家庄 050024；3.河北科技大学经济管理学院，河北 石家庄 050018；4.河北科技大学大数据与社会计算研究中心，河北 石家庄 050018）摘 要：社交物联网是社交网络和物联网融合形成的新范式，增强了网络的扩展性和可导航性。然而，由于智能设备的开放性和移动性增强，智能对象的信息安全、可靠服务提供等方面的安全风险进一步扩大，安全问题面临严峻挑战。信任被视为提供安全、可靠服务的关键因素，因此，从社交关系角度出发，提出了一种新的信任评估模型。提出一种信任传递算法，根据节点间的显性社交关系和潜在特征，挖掘并建立节点间的隐性社交关系，达到解决社交物联网网络稀疏性、冷启动问题的目的。对社交关系进行细粒度划分，构建单关系子网，并将多个单关系子网融合构建多重关系复合网，从而有效融合节点间多种动态变化的社交关系对信任评估的影响。根据直接信任、间接推荐信任及服务满意度3个信任指标对智能对象进行综合信任评估。通过在真实智慧城市数据集上的实验结果表明，无论是在不稀疏网络场景还是稀疏网络场景中，该模型都具有较好的鲁棒性，能够有效地评估网络中的可信对象和不可信对象，并提高信任评估的准确性和收敛性。关键词：隐性社交关系；多重社交关系；社交物联网；信任评估 中图分类号：TN915 文献标志码：A DOI:10.11959/j.issn.2096109x.2023021 Trust evaluation model of social internet of things based on implicit social relationship ZHANG Hongbin1,2，FAN Fan1，ZHAO Dongmei2，LIU Bin3,4，YIN Yan1，LIU Jian1 1.School of Information Science and Engineering,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China 2.Hebei Key Laboratory of Network and Information Security,Hebei Normal University,Shijiazhuang 050024,China 3.School of Economics and Management,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China 4.Research Center of Big Data and Social Computing,Hebei University of Science and Technology,Shijiazhuang 050018,China Abstract:The social internet of things(SIoT)is a new paradigm that combines social networks and the internet of 收稿日期：20220621；修回日期：20230222 通信作者：赵冬梅， 基金项目：国家自然科学基金（61672206，61572170）；中央引导地方科技发展资金（216Z0701G），河北省科技支撑计划（18210109D，20310701D，20310802D，21310101D）；国家文化和旅游科技创新工程（2020 年度）Foundation Items:The National Natural Science Foundation of China(61672206,61572170),Central Guide Local Science andTechnology Development Fund(216Z0701G),S&T Program of Hebei(18210109D,20310701D,20310802D,21310101D),TheNational Cultural and Tourism Science and Technology Innovation Project(2020)引用格式：张红斌,樊凡,赵冬梅,等.基于隐性社交关系的社交物联网信任评估模型J.网络与信息安全学报,2023,9(2):56-69.Citation Format:ZHANF H B,FAN F,ZHAO D M,et al.Trust evaluation model of social internet of things based on implicitsocial relationshipJ.Chinese Journal of Network and Information Security,2023,9(2):56-69.第 2 期 张红斌等：基于隐性社交关系的社交物联网信任评估模型 57 things to enhance network scalability and navigability.However,with increased openness and mobility of intelligent objects,there are rising security risks related to information security and reliable service delivery,which poses a significant challenge to the SIoT.Trust is a critical factor in providing secure and reliable services.Therefore,a new trust assessment model was proposed from the perspective of social relationships.A trust transfer algorithm was proposed based on the explicit social relationships and potential features between nodes.The algorithm can tap and establish the implicit social relationships among nodes to solve the SIoT sparsity and cold start problem.Additionally,the social relations were fine-grained and divided to build a single-relationship sub-network.Multiple single-relationship sub-networks were fused to build a multiple-relationship composite network.Thus,the impact of multiple dynamically changing social relationships among nodes on trust evaluation can be effectively fused.The comprehensive trust assessment of intelligent objects was conducted based on three indicators:direct trust,indirect recommendation trust,and service satisfaction.The experimental results on real smart city datasets demonstrate the models robustness in non-sparse and sparse network scenarios.It can effectively evaluate trusted and untrusted objects in the network and improve the accuracy and convergence of trust evaluation.Keywords:implicit social relationship,multiple social relationships,social internet of things,trust assessment 0 引言 社交物联网（SIoT，social internet of thing）是物联网的新兴范例，是物联网的延伸，它与社交网络概念相融合，创建了互联智能对象的社交网络。这种融合使两种范式得以丰富，从而形成新的生态系统1。社交物联网作为互联网的延伸和扩展，不仅能实现人与人、人与物之间的互联，还可实现物与物之间的互联。基于人与人之间的社交行为和社交关系，智能设备之间也可自发地生成相应的社交关系，在物与物之间可以建立物品之间的社交网络，从而实现像人类社会网络那样的可拓展性。在物与人之间，挖掘人与物联网之间的联系，用以结合人类社会特征方面的研究；在人与人之间，将物联网服务与社交网络服务相结合，实现更好的服务发现和用户体验；抽象社交网络模型为物联网的实现与应用提供一种新的研究思路2。在社交物联网世界，设备与设备、设备与人之间的交互越来越多，服务的交互也越来越频繁，因此，设备与设备之间的信任问题成为社交物联网发展过程中的关键问题。社交物联网结构可以根据需要塑造，智能对象之间可以根据社交关系及行为建立一定程度的可信度，以保证网络的可导航性，从而有效地发现对象和服务，并像人类社交网络一样保证可扩展性3。因此，社交关系在社交物联网的信任评估中具有重要作用。在不同领域中，信任的概念、度量、评估模型是不统一的4。在社交物联网中，信任代表智能设备提供服务的可靠程度，智能对象会与它信任的对象建立关系，并向那些与其建立了良好关系的人和设备提供所需的服务5。因此，为了使委托者得到更满意的服务，提高智能对象间的合作水平，保证整体网络的安全可导航性，在社交物联网中进行信任评估是非常必要的。需要注意的是，在传统物联网中，智能对象的位置相对固定，而在社交物联网中，智能对象的移动性变强，使得对象间社交关系复杂多变，并可能存在数据稀疏的情况，影响节点的信任评估。针对此问题，本文利用信任传递算法和节点的潜在特征，挖掘节点之间的隐性社交关系，进而扩展社交关系网络，并将多个单关系子网加载构建多关系复合网，有效融合了节点间多种动态变化的社交关系对信任评估的影响，达到提高信任评估准确性、信任收敛速度的目的。1 相关工作 在社交物联网中，关于信任评估的研究正处于发展阶段。文献6利用乘法属性图在社交物联网背景下量化预定义的社交关系，进而计算社交物联网节点之间的信任强度，但只是简单分析了具有预定义社会关系属性间同质和异质亲和力的信任，并没有充分考虑信任属性及如何将复杂多58 网络与信息安全学报 第 9 卷 变的社交关系融入信任评估等问题。文献7根据服务应用程序要求，从亲密度、服务反馈、社交性和交易重要性 4 个属性中挑选最合适的描述属性对节点进行信任评估，然而，尽管该模型支持节点移动性，但在模拟过程中