面向异构边缘云网络的DDoS攻防博弈及服务定价方法

本发明涉及网络安全攻防博弈，尤其涉及面向异构边缘云网络的ddos攻防博弈及服务定价方法。

背景技术：

1、近年来，许多公司不断受到ddos攻击的威胁，依靠本公司的云计算服务和防御系统有时无法满足其部署防御系统的需求，则需要向提供网络攻防服务的云计算公司购买防御服务，清洗和过滤异常流量，保证正常用户的服务请求可以被及时处理，这些服务请求往往是延迟敏感的，因此在防御服务的选择上需要考虑由于服务提供商的负载拥塞带来的服务时延，同时花费尽可能少的费用。另一方面，对于市面上众多提供ddos防御服务的云计算公司而言，他们需要通过价格调控来控制自身服务负载以保证服务质量，提供敏捷的流量过滤牵引服务，同时尽可能多地提高利润。因此，在ddos防御市场下，服务请求商和服务提供商会不断调整自身的决策来优化利益。为了形成全网域稳健的网络安全屏障，我们需要服务请求商和服务提供商之间达成稳定的交易模式。考虑到不同实体追求自身利益的自私性，达成这一目标需要对服务请求商的选择行为和服务提供商的定价决策进行严格的分析。目前还没有较为全面地从经济学角度的分析方法来应对ddos防御服务市场中边缘云计算服务公司的定价问题和服务请求商的服务选择问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目标是提供面向异构边缘云网络的ddos攻防博弈及服务定价方法，能够为ddos服务请求商快速选择经济而高质量的防御服务提供商，同时为边缘云服务提供商提供定价参考。

2、本发明所采用的第一技术方案是：面向异构边缘云网络的ddos攻防博弈及服务定价方法，包括以下步骤：

3、对服务请求商之间的自私服务选择问题进行建模，得到第一博弈模型；

4、对边缘云服务提供商之间的定价竞争问题进行建模，得到第二博弈模型；

5、基于群体博弈对第一博弈模型进行分析求解，得到服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡；

6、结合服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡对第二博弈模型进行分析求解，得到边缘云服务提供商定价的纳什均衡。

7、进一步，所述第一博弈模型，其表达式如下：

8、

9、其中，sn＝i表示第n位服务请求商选择边缘云服务提供商i提供ddos防御服务，x＝{x1，x2，...，xi}表示服务请求商的策略分布集，f(sn＝i，x)表示第n位服务请求商选择边缘云服务提供商i提供ddos防御服务时策略分布集满足最小化处理请求所需的成本，表示一个布尔值，在sn＝i时为1，sn≠i时为0，λ表示延迟敏感因子，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，f为服务提供商的计算能力，pi表示边缘云服务提供商i的定价，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，xi表示服务请求商的策略概率分布。

10、进一步，所述第二博弈模型，其表达式如下：

11、hi(pi，p-i)＝(pi-ci)xi(pi，p-i)nd

12、其中，pi表示边缘云服务提供商i的定价，p-i＝{p1，p2，...，pi-1，pi+1，...，pi}表示除边缘云服务提供商i外的所有边缘云服务提供商定价集合，hi(pi，p-i)表示该定价条件下边缘云服务提供商i的利润，ci表示边缘云服务提供商i的边际成本，xi(pi，p-i)表示该定价条件下的服务请求商的策略概率分布，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量。

13、进一步，所述基于群体博弈对第一博弈模型进行分析求解，得到服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡这一步骤，其具体包括：

14、构建势函数对服务请求商的最佳响应进行转化，得到势函数的优化问题；

15、利用优化工具对势函数的优化问题进行求解，得到服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡的显式表达式。

16、通过该优选步骤，将服务请求商的纳什均衡求解转换为势函数的优化问题，避免直接分析每个服务请求商的最佳响应。

17、进一步所述结合服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡对第二博弈模型进行分析求解，得到边缘云服务提供商定价的纳什均衡这一步骤，其具体包括：

18、将服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡代入第二博弈模型，得到边缘云服务提供商利润模型；

19、对边缘云服务提供商利润模型进行分析求解，得到边缘云服务提供商定价的纳什均衡。

20、通过该优选步骤，利用服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡对边缘云服务提供商定价的纳什均衡进行分情况求解，充分考虑服务提供商的异质性、服务请求商资源共享产生的拥塞效应和远程云的存在对服务提供商价格策略产生影响。

21、进一步，所述势函数，其公式表示如下：

22、

23、其中，g(x)表示势函数，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，xi表示服务请求商的策略概率分布，f为服务提供商的计算能力，pi表示边缘云服务提供商i的定价，λ表示延迟敏感因子，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，x0表示远程云服务的服务请求商占总数的比例。

24、进一步，当边缘云服务提供商定价集p满足：时，记为情况a；

25、所述服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡的显式表达式，其公式表示如下：

26、

27、所述边缘云服务提供商利润模型，其公式表示如下：

28、

29、在情况a下，当边缘云服务提供商的边际成本满足：时，所述边缘云服务提供商定价的纳什均衡，其公式表示如下：

30、

31、其中，表示服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡，表示边缘云服务提供商定价的纳什均衡，ith表示第ith位边缘云服务提供商，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，f为服务提供商的计算能力，pi表示边缘云服务提供商i的定价，λ表示延迟敏感因子，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，p-i＝{p1，p2，...，pi-1，pi+1，...，pi}表示除边缘云服务提供商i外的所有边缘云服务提供商定价集合，hi(pi，p-i)表示该定价条件下边缘云服务提供商i的利润，ci表示边缘云服务提供商i的边际成本，ic表示第ic位边缘云服务提供商，i表示第i位边缘云服务提供商。

32、进一步，当边缘云服务提供商定价集p满足：时，记为情况b；

33、所述服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡的显式表达式，其公式表示如下：

34、

35、所述边缘云服务提供商利润模型，其公式表示如下：

36、

37、在情况b下，当边缘云服务提供商的边际成本满足：时，记为情况b1，所述边缘云服务提供商定价的纳什均衡，其公式表示如下：

38、

39、

40、

41、其中，表示服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡，表示边缘云服务提供商定价的纳什均衡，ic表示第ic位边缘云服务提供商，i表示第i位边缘云服务提供商，ci表示边缘云服务提供商i的边际成本，λ表示延迟敏感因子，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，f为服务提供商的计算能力，p-i＝{p1，p2，...，pi-1，pi+1，...，pi}表示除边缘云服务提供商i外的所有边缘云服务提供商定价集合，hi(pi，p-i)表示该定价条件下边缘云服务提供商i的利润，表示第i位边缘云服务提供商，pj表示边缘云服务提供商j的定价。

42、进一步，在情况b下，当边缘云服务提供商的边际成本满足：时，记为情况b2，在情况b2下，当存在边缘云服务提供商的定价满足：时，记为情况b2.1，所述边缘云服务提供商定价的纳什均衡，其公式表示如下：

43、

44、其中，表示边缘云服务提供商定价的纳什均衡，ic表示第ic位边缘云服务提供商，pi表示边缘云服务提供商i的定价，i表示第i位边缘云服务提供商，ci表示边缘云服务提供商i的边际成本，f为服务提供商的计算能力，λ表示延迟敏感因子，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，pj表示边缘云服务提供商j的定价，cj表示边缘云服务提供商j的边际成本，表示第位边缘云服务提供商，表示第位边缘云服务提供商。

45、进一步，在情况b2下，当存在边缘云服务提供商的定价满足：时，记为情况b2.2，所述边缘云服务提供商定价的纳什均衡，其公式表示如下：

46、

47、

48、

49、其中，表示边缘云服务提供商定价的纳什均衡，i表示第i位边缘云服务提供商，ci表示边缘云服务提供商i的边际成本，λ表示延迟敏感因子，d表示服务请求商请求的防御服务等额工作量，tc表示选择远程云的服务产生的固定延迟成本，n＝{1，2，...，n}表示所有服务请求商的集合，f为服务提供商的计算能力，cj表示边缘云服务提供商j的边际成本，表示第位边缘云服务提供商。

50、本发明方法的有益效果是：本发明通过势函数对服务请求商之间的自私服务选择进行博弈求解，求得服务请求商服务选择策略分布的纳什均衡并将其代入到边缘云服务提供商之间的定价竞争模型中，对边缘云服务提供商之间的定价竞争模型进行博弈求解，得到边缘云服务提供商定价的纳什均衡，进一步得到边缘云服务提供商最大化其利润的价格制定方案；能够为ddos服务请求商快速选择经济而高质量的防御服务提供商，同时为边缘云服务提供商提供定价参考。