云計算環(huán)境下服務信任評估方法研究

1、第４１卷第１２期２０１４年１２月計算機科學ＣｏｍｐｕｔｅｒＳｃｉｅｎｃｅ云計算環(huán)境下服務信任評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三院鄭州４５０００１）Ｖｏｌ４１Ｎｏ１２Ｄｅｃ２０１４摘要云計算環(huán)境中，服務資源廣域分布、復雜多變，服務實體之間的信任關系因不確定性強而難以有效建立與維護。傳統(tǒng)的服務信任評估方法無法全面反映信任的隨機性和模糊性特征。在研究云模型理論的基礎上，提出一種基于加權多屬性云的服務信任評估方法。引入時間

2、衰減因子來反映服務信任的時效性，并以多屬性信任云來細化信任評估的粒度。計算用戶評價相似度，確定推薦實體的推薦可靠性和權重，防止不法分子的合謀欺騙和惡意攻擊。通過云相似度計算確定服務的信任等級，為用戶的服務選擇提供安全決策。仿真結(jié)果表明，該方法明顯提高了服務交互成功率，并能有效適用于云計算環(huán)境下的服務信任評估。關鍵詞云服務，云模型，信任評估，信任云，信任等級中圖法分類號ＴＰ３９１文獻標識碼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引言云計算是繼網(wǎng)格計算、并行計算和Ｐ２Ｐ計算之后迅速發(fā)展起來的一種新興計算模型，它利用抽象、虛擬化、瞬時部署、寬帶網(wǎng)絡等關鍵技術，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)計算、存儲和軟件等可擴展資源的互聯(lián)、互通和互操作，以統(tǒng)一服務的形式，向用戶提供按需分配、動態(tài)配置、價格低廉、高可用性和高可靠性的ＩＴ服務。其應用系統(tǒng)表現(xiàn)為由多個軟件服

9、務組成動態(tài)協(xié)作系統(tǒng)，系統(tǒng)形態(tài)正從面向封閉的、熟識用戶群體和相對靜態(tài)的形式向開放的、虛擬抽象的和動態(tài)協(xié)作的服務模式轉(zhuǎn)變，這大大增加了實體交互過程中的安全風險，因此需要建立一種信任機制用以在交互之前評估服務提供者的可信程度，確保用戶可以獲得安全可靠的云服務。當前國內(nèi)外學者針對服務的信任評估做了大量的研究工作。文獻［４］提出了一個基于經(jīng)驗和概率統(tǒng)計的信任評估模型；文獻［５］提出一套基于主觀邏輯來推導和計算信任度的方法；文獻［６］采用隱馬爾可夫

10、鏈針對信任的隨機性特點進行度量；文獻［７］應用模糊理論給出了信任評估模型；文獻［８］構建了基于第三方認證的服務信任博弈模型和信任評價模型；文獻［９］提出一種基于集對分析理論中聯(lián)系數(shù)概念的服務信任表示方法。但信任是一個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性和模糊性，無法精確地加以描述和驗證。而以上方法均沒有綜合考慮信任的模糊性與隨機性，無法客觀全面地反應服務信任不確定性特征。文獻

11、［１１］引入了云模型理論對信任進行建模，通過隸屬云模型把信任的隨機性和模糊性有機地綜合在一起；文獻［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本文受國家自然科學基金項目（６１３０３０７４），河南省科技攻關計劃項目（１２２１０２３１００３）資助。王晉東（１９６６－），男，教授，主要研究領域為信息安全、裝備建設與發(fā)展；衛(wèi)波（１９９０－），男，碩士生

12、，主要研究領域為信息系統(tǒng)集成、云安全，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｅｉｂｏ７５１６＠ｓｉｎａｃｏｍ；張恒巍（１９７８－），男，博士，講師，主要研究領域為信息安全、需求工程；何嘉婧（１９９１－），女，碩士生，主要研究領域為云安全、云資源管理。３８烄ｔｍｉｎｉ，服務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的綜合信任Ｈｅ）｜（ｉ＝１，２，…，６）｝。由表２可知信任空間被分為６個子空間，其中第ｉ個子，］，其中ｔ和ｔ分別為該子

13、空間的下限和上云?？臻g為［ｔｔ（６）根據(jù)專家意見及實際情況，劃分信任等級，并通過標準信任云生成器生成標準信任云。（７）根據(jù)云相似度計算綜合信任云與各標準信任云的相似度，并依此得到該服務信任等級。限，通過采用標準信任云生成算法生成各個標準信任云。算法１標準信任云生成算法輸入：ｎ個信任子空間輸出：ｎ個標準信任云ＴＣ（Ｅｘ，Ｅｎ，Ｈｅ）１根據(jù)各子空間的上下限，計算期望：，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，計算熵：ｔ烄－ｔ３Ｅｎ＝烅，ｉ＝１或ｎ（２）ｔ－ｔ，１＜ｉ＜ｎ烆６３計算Ｈｅ＝η圖３基于云模型的服務信任評估流程４２標準信任云計算定義１定量數(shù)域Ｔ＝［０，１］是一個信任度的集合，稱為信任度空間，Ｃ表示與Ｔ相關聯(lián)的信任描述值，對于任意元素ｘ都存在一個有穩(wěn)定傾向的隨機數(shù)ｙ＝μ（ｘ），稱為ｘ對Ｔ的信任度，信任度在Ｔ上的分布稱為信任云，每個元素與其信任度的序?qū)Γǎ?，μ（ｘ））稱為信任云滴。完成對服務信任的評估，需要將定量的評價數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)

15、換為定性的評價，信任等級是建立用戶對服務信任評估的依據(jù)。根據(jù)傳統(tǒng)的信任等級劃分情況，將信任分為如表１所列的６個等級，并綜合多位專家的意見以及現(xiàn)實生活中的實際情況，將論域［０，１］進行劃分并與信任等級一一映射，其情況如表２所列，并依此生成６個信任等級云。表１信任云等級信任等級可信度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?？尚疟恚残湃蔚燃壏秶湃蔚燃壵撚蛑械娜≈捣秶保郏?，０２］２［０２，０４］３［０４，０６］４［０６，０８］

16、５［０８，０９］其中η為常數(shù)，反應實體信任值的隨機性，需要根據(jù)屬性值的不確定性和模糊性的程度具體設定，本文參考文獻［１７］將超熵設為η＝００１，從而得到標準信任云（ＴＣ）的分布情況，如圖４所示。圖４標準信任云圖４３直接信任云計算４３１屬性信任云計算為了提高對服務信任評估的準確性，從服務的多個屬性細化信任評估的粒度。在云計算環(huán)境中，服務的信任度隨著時間不斷變化和積累，距離當前決策時刻越近的評價越有說明力和參考價值，對信任評估的影響越大，因

17、此為了有效反應服務信任評估的時效性，引入時間衰減因子為每次信任評價賦權重，設計一個加權屬性信任云逆向生成算法。假設有時間窗口［ｔ，ｔ］，其中ｔ為信任決策時刻，ｔ為信任評價時間閾值，在ｔ之前的評價離決策時刻太遠，不能正確反映當前服務的信任情況而不予考慮。ＴＤ（Ａ，Ｂ，ｔ）表示時間窗口內(nèi)用戶Ａ對服務Ｂ在ｔ時刻的信任評價。為用戶評價賦權重的基本原則是，時間越早的評價權重越??；反之則權重越大，為了準確反應信任的時效性，將用戶評價按評價時間倒序排