云計(jì)算環(huán)境下服務(wù)信任評(píng)估方法研究

1、第４１卷第１２期２０１４年１２月計(jì)算機(jī)科學(xué)ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ云計(jì)算環(huán)境下服務(wù)信任評(píng)估方法研究王晉東衛(wèi)波張恒巍何嘉婧（解放軍信息工程大學(xué)三院鄭州４５０００１）Ｖｏｌ４１Ｎｏ１２Ｄｅｃ２０１４摘要云計(jì)算環(huán)境中，服務(wù)資源廣域分布、復(fù)雜多變，服務(wù)實(shí)體之間的信任關(guān)系因不確定性強(qiáng)而難以有效建立與維護(hù)。傳統(tǒng)的服務(wù)信任評(píng)估方法無(wú)法全面反映信任的隨機(jī)性和模糊性特征。在研究云模型理論的基礎(chǔ)上，提出一種基于加權(quán)多屬性云的服務(wù)信任評(píng)估方法。引入時(shí)間

2、衰減因子來(lái)反映服務(wù)信任的時(shí)效性，并以多屬性信任云來(lái)細(xì)化信任評(píng)估的粒度。計(jì)算用戶評(píng)價(jià)相似度，確定推薦實(shí)體的推薦可靠性和權(quán)重，防止不法分子的合謀欺騙和惡意攻擊。通過云相似度計(jì)算確定服務(wù)的信任等級(jí)，為用戶的服務(wù)選擇提供安全決策。仿真結(jié)果表明，該方法明顯提高了服務(wù)交互成功率，并能有效適用于云計(jì)算環(huán)境下的服務(wù)信任評(píng)估。關(guān)鍵詞云服務(wù)，云模型，信任評(píng)估，信任云，信任等級(jí)中圖法分類號(hào)ＴＰ３９１文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼ＡＤＯＩ１０１１８９６／ｊｉｓｓｎ１００２－１３７

3、Ｘ２０１４１２００９ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＳｅｒｖｉｃｅＴｒｕｓｔＥｖａｌｕａｔｉｏｎＡｐｐｒｏａｃｈｕｎｄｅｒＣｌｏｕｄＣｏｍｐｕｔｉｎｇＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＷＡＮＧＪｉｎ－ｄｏｎｇＷＥＩＢｏＺＨＡＮＧＨｅｎｇ－ｗｅｉＨｅＪｉａ－ｊｉｎｇ（ＴｈｅＴｈｉｒｄＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＰＬＡＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｚｈｏｕ４５０００１，Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＩｎｃｌｏｕｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇ

4、，ｔｈｅｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆｓｅｒｖｉｃｅａｒｅｗｉｄｅｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ，ｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｆｉｃｋｌｅＴｈｅｔｒｕｓｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐａｍｏｎｇｓｅｒｖｉｃｅｅｎｔｉｔｉｅｓｉｓｈａｒｄｔｏｅｓｔａｂｌｉｓｈａｎｄｍａｉｎｔａｉｎｗｉｔｈｈｉｇｈｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒａｎｄｏｍｎｅｓｓａｎｄｆｕｚｚｉｎｅｓｓｏｆｓｅｒｖｉｃｅｓｃａｎｎｏｔｂｅｒｅｓｐｏｎｄｅｄｂｙｔｒａ

5、ｄｉｔｉｏｎａｌｔｒｕｓｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ，ｓｏａｓｅｒｖｉｃｅｔｒｕｓｔｅ－ｖａｌｕａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｗｅｉｇｈｔｅｄｍｕｌｔｉ－ａｔｔｒｉｂｕｔｅｃｌｏｕｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄＴｉｍｅｄｅｃａｙｆａｃｔｏｒｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｒｅｆｌｅｃｔｔｈｅｔｉｍｅｌｉｎｅｓｓｏｆｔｒｕｓｔ，ａｎｄｍｕｌｔｉ－ａｔｔｒｉｂｕｔｅｔｒｕｓｔｃｌｏｕｄｗａｓｕｓｅｄｔｏ

6、ｒｅｆｉｎｅｔｈｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｇｒａｎｕｌａｒｉｔｙＩｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｅｖｅｎｔｃｏｎ－ｓｐｉｒａｃｙｔｏｄｅｆｒａｕｄａｎｄｍａｌｉｃｉｏｕｓａｔｔａｃｋｓ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄｗｅｉｇｈｔｏｆｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｒｗｅｒｅｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｏｆｅｖａ－ｌｕａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｔｒｕｓｔｒａｔｉｎｇｗａｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙｃｌｏｕｄｓｉｍｉｌａｒｉｔｙｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｏ

7、ｐｒｏｖｉｄｅｓｅｃｕｒｉｔｙｄｅｃｉｓｉｏｎｓｆｏｒｔｈｅｕｓｅｒ’ｓｓｅｒｖｉｃｅｓｓｅｌｅｃｔｉｏｎＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｕｃｃｅｓｓｒａｔｅｏｆｓｅｒｖｉｃｅｓｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｏｂｖｉｏｕｓ－ｌｙ，ａｎｄｉｔｃａｎｂｅａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｅｒｖｉｃｅｔｒｕｓｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎｕｎｄｅｒｃｌｏｕｄｃｏｍｐｕｔｉｎｇｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔＫｅｙｗｏ

8、ｒｄｓＣｌｏｕｄｓｅｒｖｉｃｅ，Ｃｌｏｕｄｍｏｄｅｌ，Ｔｒｕｓｔｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｔｒｕｓｔｃｌｏｕｄ，Ｔｒｕｓｔｒａｔｉｎｇ１引言云計(jì)算是繼網(wǎng)格計(jì)算、并行計(jì)算和Ｐ２Ｐ計(jì)算之后迅速發(fā)展起來(lái)的一種新興計(jì)算模型，它利用抽象、虛擬化、瞬時(shí)部署、寬帶網(wǎng)絡(luò)等關(guān)鍵技術(shù)，通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)計(jì)算、存儲(chǔ)和軟件等可擴(kuò)展資源的互聯(lián)、互通和互操作，以統(tǒng)一服務(wù)的形式，向用戶提供按需分配、動(dòng)態(tài)配置、價(jià)格低廉、高可用性和高可靠性的ＩＴ服務(wù)。其應(yīng)用系統(tǒng)表現(xiàn)為由多個(gè)軟件服

9、務(wù)組成動(dòng)態(tài)協(xié)作系統(tǒng)，系統(tǒng)形態(tài)正從面向封閉的、熟識(shí)用戶群體和相對(duì)靜態(tài)的形式向開放的、虛擬抽象的和動(dòng)態(tài)協(xié)作的服務(wù)模式轉(zhuǎn)變，這大大增加了實(shí)體交互過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，因此需要建立一種信任機(jī)制用以在交互之前評(píng)估服務(wù)提供者的可信程度，確保用戶可以獲得安全可靠的云服務(wù)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)服務(wù)的信任評(píng)估做了大量的研究工作。文獻(xiàn)［４］提出了一個(gè)基于經(jīng)驗(yàn)和概率統(tǒng)計(jì)的信任評(píng)估模型；文獻(xiàn)［５］提出一套基于主觀邏輯來(lái)推導(dǎo)和計(jì)算信任度的方法；文獻(xiàn)［６］采用隱馬爾可夫

10、鏈針對(duì)信任的隨機(jī)性特點(diǎn)進(jìn)行度量；文獻(xiàn)［７］應(yīng)用模糊理論給出了信任評(píng)估模型；文獻(xiàn)［８］構(gòu)建了基于第三方認(rèn)證的服務(wù)信任博弈模型和信任評(píng)價(jià)模型；文獻(xiàn)［９］提出一種基于集對(duì)分析理論中聯(lián)系數(shù)概念的服務(wù)信任表示方法。但信任是一個(gè)很難度量的定性概念，其源于人的主觀信念，信任度的確定很大程度上依賴于觀察者，因此它具有很大的隨機(jī)性和模糊性，無(wú)法精確地加以描述和驗(yàn)證。而以上方法均沒有綜合考慮信任的模糊性與隨機(jī)性，無(wú)法客觀全面地反應(yīng)服務(wù)信任不確定性特征。文獻(xiàn)

11、［１１］引入了云模型理論對(duì)信任進(jìn)行建模，通過隸屬云模型把信任的隨機(jī)性和模糊性有機(jī)地綜合在一起；文獻(xiàn)［１２］提出一種基于云模型的主觀信任度量方法，它通過信任變化云刻畫信任客體的信到稿日期：２０１３－１２－１９返修日期：２０１４－０１－２８本文受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（６１３０３０７４），河南省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（１２２１０２３１００３）資助。王晉東（１９６６－），男，教授，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔踩⒀b備建設(shè)與發(fā)展；衛(wèi)波（１９９０－），男，碩士生

12、，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔⑾到y(tǒng)集成、云安全，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｉｂｏ７５１６＠ｓｉｎａｃｏｍ；張恒?。ǎ保梗罚福?，博士，講師，主要研究領(lǐng)域?yàn)樾畔踩⑿枨蠊こ?；何嘉婧（１９９１－），女，碩士生，主要研究領(lǐng)域?yàn)樵瓢踩?、云資源管理。３８烄ｔｍｉｎｉ，服務(wù)的直接信任云合成得到推薦信任云。（５）綜合直接信任云和推薦信任云得到服務(wù)的綜合信任Ｈｅ）｜（ｉ＝１，２，…，６）｝。由表２可知信任空間被分為６個(gè)子空間，其中第ｉ個(gè)子，］，其中ｔ和ｔ分別為該子

13、空間的下限和上云。空間為［ｔｔ（６）根據(jù)專家意見及實(shí)際情況，劃分信任等級(jí)，并通過標(biāo)準(zhǔn)信任云生成器生成標(biāo)準(zhǔn)信任云。（７）根據(jù)云相似度計(jì)算綜合信任云與各標(biāo)準(zhǔn)信任云的相似度，并依此得到該服務(wù)信任等級(jí)。限，通過采用標(biāo)準(zhǔn)信任云生成算法生成各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信任云。算法１標(biāo)準(zhǔn)信任云生成算法輸入：ｎ個(gè)信任子空間輸出：ｎ個(gè)標(biāo)準(zhǔn)信任云ＴＣ（Ｅｘ，Ｅｎ，Ｈｅ）１根據(jù)各子空間的上下限，計(jì)算期望：，ｉ＝１Ｅｘ＝ｔ＋ｔ，１＜ｉ＜ｎ（１）烅２烆ｔｉ＝ｎ２根據(jù)各子空間上下限和

14、３Ｅｎ規(guī)則，計(jì)算熵：ｔ烄－ｔ３Ｅｎ＝烅，ｉ＝１或ｎ（２）ｔ－ｔ，１＜ｉ＜ｎ烆６３計(jì)算Ｈｅ＝η圖３基于云模型的服務(wù)信任評(píng)估流程４２標(biāo)準(zhǔn)信任云計(jì)算定義１定量數(shù)域Ｔ＝［０，１］是一個(gè)信任度的集合，稱為信任度空間，Ｃ表示與Ｔ相關(guān)聯(lián)的信任描述值，對(duì)于任意元素ｘ都存在一個(gè)有穩(wěn)定傾向的隨機(jī)數(shù)ｙ＝μ（ｘ），稱為ｘ對(duì)Ｔ的信任度，信任度在Ｔ上的分布稱為信任云，每個(gè)元素與其信任度的序?qū)Γǎ?，μ（ｘ））稱為信任云滴。完成對(duì)服務(wù)信任的評(píng)估，需要將定量的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

15、換為定性的評(píng)價(jià)，信任等級(jí)是建立用戶對(duì)服務(wù)信任評(píng)估的依據(jù)。根據(jù)傳統(tǒng)的信任等級(jí)劃分情況，將信任分為如表１所列的６個(gè)等級(jí)，并綜合多位專家的意見以及現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際情況，將論域［０，１］進(jìn)行劃分并與信任等級(jí)一一映射，其情況如表２所列，并依此生成６個(gè)信任等級(jí)云。表１信任云等級(jí)信任等級(jí)可信度１完全不可信２不太可信３基本可信４比較可信５可信６非?？尚疟恚残湃蔚燃?jí)范圍信任等級(jí)論域中的取值范圍１［０，０２］２［０２，０４］３［０４，０６］４［０６，０８］

16、５［０８，０９］其中η為常數(shù)，反應(yīng)實(shí)體信任值的隨機(jī)性，需要根據(jù)屬性值的不確定性和模糊性的程度具體設(shè)定，本文參考文獻(xiàn)［１７］將超熵設(shè)為η＝００１，從而得到標(biāo)準(zhǔn)信任云（ＴＣ）的分布情況，如圖４所示。圖４標(biāo)準(zhǔn)信任云圖４３直接信任云計(jì)算４３１屬性信任云計(jì)算為了提高對(duì)服務(wù)信任評(píng)估的準(zhǔn)確性，從服務(wù)的多個(gè)屬性細(xì)化信任評(píng)估的粒度。在云計(jì)算環(huán)境中，服務(wù)的信任度隨著時(shí)間不斷變化和積累，距離當(dāng)前決策時(shí)刻越近的評(píng)價(jià)越有說(shuō)明力和參考價(jià)值，對(duì)信任評(píng)估的影響越大，因

17、此為了有效反應(yīng)服務(wù)信任評(píng)估的時(shí)效性，引入時(shí)間衰減因子為每次信任評(píng)價(jià)賦權(quán)重，設(shè)計(jì)一個(gè)加權(quán)屬性信任云逆向生成算法。假設(shè)有時(shí)間窗口［ｔ，ｔ］，其中ｔ為信任決策時(shí)刻，ｔ為信任評(píng)價(jià)時(shí)間閾值，在ｔ之前的評(píng)價(jià)離決策時(shí)刻太遠(yuǎn)，不能正確反映當(dāng)前服務(wù)的信任情況而不予考慮。ＴＤ（Ａ，Ｂ，ｔ）表示時(shí)間窗口內(nèi)用戶Ａ對(duì)服務(wù)Ｂ在ｔ時(shí)刻的信任評(píng)價(jià)。為用戶評(píng)價(jià)賦權(quán)重的基本原則是，時(shí)間越早的評(píng)價(jià)權(quán)重越??；反之則權(quán)重越大，為了準(zhǔn)確反應(yīng)信任的時(shí)效性，將用戶評(píng)價(jià)按評(píng)價(jià)時(shí)間倒序排