1.2 本书组织结构

本书总共包含10章，分别是“第1章　绪论”、“第2章　博弈论概述”、“第3章　基于信号博弈的无线传感器网络入侵检测最优策略研究”、“第4章　基于演化博弈的无线传感器网络节点信任演化动力学研究”、“第5章　基于微分博弈的无线传感器网络恶意程序传播机制研究”、“第6章　基于随机博弈的受攻击无线传感器网络可生存性评估研究”、“第7章　无线传感器网络受攻击协调器节点的防御响应博弈机制研究”、“第8章　面向传感云数据外包中心的信任演化机制研究”、“第9章　基于随机演化联盟博弈的虚拟传感云服务安全机制研究”、“第10章　基于演化博弈的传感器节点保密率自适应调节研究”。

第1章由无线传感器网络的研究背景和无线传感器网络安全的需求，说明博弈论与无线传感器网络安全之间的关系。

第2章概要介绍了博弈论的基本概念、博弈类型等。通过对完全信息静态博弈、完全且完美信息动态博弈、重复博弈、不完全信息静态博弈、完全但不完美信息动态博弈、不完全信息动态博弈、合作博弈、信号博弈、演化博弈、微分博弈、随机博弈、联盟博弈等博弈类型的说明和分析，初步了解博弈论，为后续章节博弈论的应用和相关工作的比较提供知识准备。

第3章应用信号博弈描述并分析恶意传感器节点和无线传感器网络入侵检测系统之间的交互过程。在每个独立的阶段，建立“阶段入侵检测博弈”（Stage Intrusion Detection Game）模型，探索该博弈模型纳什均衡存在的条件，并将分别得到纯策略贝叶斯均衡（Pure-strategy Beyasian Equilibrium）和混合策略贝叶斯均衡（Mixed-strategy Beyasian Equilibrium）。随着博弈的进行，通过构建“多阶段动态入侵检测博弈”（Multi-stage Dynamic Intrusion Detection Game）来反映恶意传感器节点和入侵检测代理之间的交互活动。另外，在得到“多阶段动态入侵检测博弈”的完美贝叶斯均衡的基础上，设计入侵检测运行机制和相应的算法。

第4章利用演化博弈研究传感器节点间的信任决策过程，从而揭示无线传感器网络各传感器节点间的信任演化原理。根据各个传感器节点能选择不同策略的实际情况建立“无线传感器网络信任博弈”模型，并且为了研究激励机制对传感器节点选择动作“信任”（即可以合作通信）的影响，在“无线传感器网络信任博弈”模型中整合激励机制参数。为了说明“无线传感器网络信任博弈”模型的稳定性，通过复制动态动力学方程探索“无线传感器网络信任博弈”的演化稳定策略。

第5章扩展经典流行病理论使之适合无线传感器网络恶意程序传播现状，并引入不同的参数来揭示无线传感器网络恶意程序传播过程。然后将恶意程序在无线传感器网络传播时“无线传感器网络系统”和“恶意程序”之间的决策问题看作优化控制问题，并利用微分博弈为“无线传感器网络系统”得到最优控制策略，这种策略将在考虑“恶意程序”最大化破坏无线传感器网络的前提下，最小化“无线传感器网络系统”和“恶意程序”产生的成本。

第6章从可靠度和可用度两方面评估受攻击无线传感器网络的可生存性属性。首先将选择研究的聚簇无线传感器网络看作一个串-并（Serial-parallel）系统，这样就可以应用经典可靠性理论中已有的结论。因为恶意攻击者总是故意发动恶意攻击行为，通过随机博弈给出这些理性恶意攻击者采取恶意攻击的期望概率，再利用连续时间马尔可夫链对受攻击传感器节点生命期的所有状态建立模型，就可得到计算受攻击传感器节点平均无故障时间、可靠度、生存期（Survival Lifetime）和稳态可用度的计算公式，实现受攻击无线传感器网络的可生存性评估。

第7章针对受攻击的ZigBee无线传感器网络，为了最小化从源到目的节点数据包分发的平均跳数并且最大化延长网络生命期，提出了基于博弈论和模糊逻辑的协调器节点选择算法。协调器节点选择算法不仅要考虑数据包分发延迟、网络生命期，而且还要考虑网络攻击防御策略，因此在提出的算法中，首先使用随机博弈对攻击进行动态响应，然后通过模糊逻辑选择服务质量较好的节点作为协调器节点，从而提高网络的服务质量和安全性。

第8章阐述了基于证书认证的信任演化博弈模型及其系统框架。在“证书认证信任演化博弈”交互过程中，通过认证代理补偿一定的信任度来激励传感云用户披露更多的证书，以提高其信任度。传感云用户和认证协调器通过平衡证书泄露和信任补偿之间的关系来决定用户是否能够执行外包数据访问操作，认证代理根据用户披露的证书决定信任度的分配，并使用多轮迭代博弈效用分析法分析了“证书认证信任演化博弈”的稳定性。与传统的基于属性和本体的访问控制系统相比，基于证书认证的信任演化博弈模型及其系统框架提高了安全效用和认证性能。

第9章提出了基于随机演化联盟博弈的受攻击虚拟传感云服务系统安全机制。在随机演化联盟博弈的每一阶段，虚拟传感云服务提供者能够观察到服务组合节点的虚拟容量和攻击者的策略，根据这些观察，决定需分配的虚拟容量值来提高虚拟传感云服务组合的服务质量。虚拟传感云服务提供者通过minimax-Q和演化联盟形成算法，自适应地变化其防御策略并形成可靠安全的服务组合联盟，从而对攻击者的攻击进行动态防御来提高虚拟传感云服务的安全性和可靠性。与随机博弈和演化联盟博弈相比，随机演化联盟博弈框架在虚拟传感云服务动态组合过程中获得了较好的性能。

第10章以最大化网络效用为目标，利用演化博弈论中的复制动力学方程实现传感器节点保密率的自适应调节机制。通过扩展经典保密率计算公式，首先建立了能适应聚簇无线传感器网络环境中簇成员传感器节点和簇头传感器节点之间的保密率计算公式。然后，通过建立一种非合作传感器节点保密率博弈模型，解决了传感器节点最大化各自保密率时影响整个网络通信的问题。最后，利用演化博弈论中的复制动力学方程，给出传感器节点如何动态地选择各自的发射功率来最大化其保密率适应度的演化过程，实现传感器节点保密率自适应调节机制。