基于局域社交網(wǎng)絡(luò)的輿情溯源算法研究

張欣 王麗娟 沐雅琪

摘? 要：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的日益普及，加快了信息在網(wǎng)絡(luò)中傳播速度及影響。信息體量增加的同時(shí)，許多虛假輿情信息也應(yīng)運(yùn)而生，輿情信息的廣泛傳播會(huì)對國家、社會(huì)以及個(gè)人利益造成難以控制的負(fù)面影響。因此，需采用技術(shù)手段對網(wǎng)絡(luò)中的輿情信息進(jìn)行溯源研究，從而保證網(wǎng)絡(luò)安全。文章提出了一種輿情溯源算法，并通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該算法具有準(zhǔn)確率較高、錯(cuò)誤距離較小的優(yōu)點(diǎn)，適合在局域社交網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，對網(wǎng)絡(luò)安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

關(guān)鍵詞：社交網(wǎng)絡(luò)；信息溯源；傳播中心性；網(wǎng)絡(luò)安全

中圖分類號(hào)：TP312? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：2096-4706（2023）09-0177-04

Abstract： With the increasing popularity of Internet technology， the speed and influence of information dissemination in the network have been accelerated. With the increase of information volume， much false public opinion information also emerges as the times require. The wide spread of public opinion information will cause uncontrollable negative impact on the interests of the country， society and individuals. Therefore， it is necessary to use technical means to trace the source of public opinion information in the network to ensure network security. This paper proposes a public opinion traceability algorithm， and the experimental results show that the algorithm has the advantages of high accuracy and small error distance， which is suitable for application in local social network and has important practical significance for network security.

Keywords： social network; information tracing; communication centrality; network security

0? 引? 言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的日益普及與飛速發(fā)展，人們的生活也發(fā)生了巨大變化，越來越方便的在線交流功能極大地降低了人們生活的時(shí)間成本與社交成本，導(dǎo)致人們對于社交網(wǎng)絡(luò)的依賴性逐漸增加[1]。社交網(wǎng)絡(luò)最初只是獲取信息與資源的平臺(tái)，現(xiàn)已成為生活和情感的延續(xù)。因此，許多網(wǎng)民在運(yùn)用社交網(wǎng)絡(luò)的時(shí)候，已經(jīng)不僅僅是單純地通過社交網(wǎng)絡(luò)獲取信息與資源，而是會(huì)更加主動(dòng)地去創(chuàng)造并傳播信息。與此同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)中信息傳播量的增多，有些為了達(dá)到某個(gè)負(fù)面影響的虛假輿情信息也隨之出現(xiàn)，但由于社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及使用速度過快，用戶發(fā)布信息的門檻較低，編輯和傳播的方式也越來越簡單，加之民眾對于網(wǎng)絡(luò)的依賴性愈加嚴(yán)重，致使監(jiān)管人員無法及時(shí)地對社交網(wǎng)絡(luò)中全部的信息進(jìn)行有效監(jiān)管，因此社交網(wǎng)絡(luò)也變成了網(wǎng)絡(luò)輿情信息滋生的溫床。如果任由一則虛假的輿情信息在網(wǎng)絡(luò)中肆意傳播且不加以控制，將會(huì)造成民眾的恐慌并引發(fā)后續(xù)的公共信任危機(jī)事件，造成惡劣的社會(huì)影響[2，3]。

社交網(wǎng)絡(luò)中傳播的信息可以分為正面導(dǎo)向信息和負(fù)面導(dǎo)向信息[2]。特別是未經(jīng)驗(yàn)證的負(fù)面導(dǎo)向信息，在經(jīng)過刻意的夸大修飾后，更能激發(fā)人們的興趣，并且總是能伴隨一定規(guī)模、一定熱度的傳播。例如，在2022年廣為流傳的“騰訊云數(shù)據(jù)庫泄露”“死亡的鳥類可以傳播猴痘病毒”“0蔗糖就是無糖”等虛假輿情信息，這些輿情信息在人群中進(jìn)行快速傳播，造成了混亂影響。盡管后期有關(guān)部門及相關(guān)機(jī)構(gòu)對上述輿情信息進(jìn)行辟謠處理，但仍然對網(wǎng)絡(luò)造成了不良影響，如不及時(shí)控制，甚至?xí)绊懮鐣?huì)公序良俗和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

在現(xiàn)實(shí)世界中，當(dāng)一個(gè)用戶接收到一則虛假的輿情信息，該用戶可以選擇相信或者不相信。如果該用戶不相信會(huì)直接丟棄這條信息，但如果該用戶相信了這條信息，那么就有一定概率會(huì)向該用戶的親朋好友繼續(xù)傳播，因此社交網(wǎng)絡(luò)中的傳播方向具有多向性和隨機(jī)性的特征[4]。我們可將每個(gè)人所處的社交網(wǎng)絡(luò)提取成為規(guī)模較小的局域社交網(wǎng)絡(luò)，用戶抽象成為局域社交網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)，某個(gè)用戶的親朋好友即為局域社交網(wǎng)絡(luò)中的鄰居節(jié)點(diǎn)，從而得到以每個(gè)用戶本身作為根節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展得到的局域社交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。針對一條輿情信息，我們假設(shè)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有“相信”“不相信”兩個(gè)狀態(tài)，并且在節(jié)點(diǎn)之間無指定的傳播方向，即輿情信息是在無向網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播，并采用SI模型來模擬輿情信息的擴(kuò)散，以此來驗(yàn)證輿情溯源算法的有效性。

1? 基于局域網(wǎng)絡(luò)中的信息溯源方法研究

1.1? 構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)

生物代謝網(wǎng)、食物鏈（網(wǎng)）等，都是自古時(shí)候起已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)。對人類社會(huì)而言，只要是有人群的時(shí)間與空間，就會(huì)有網(wǎng)絡(luò)。進(jìn)一步地，隨著人與人之間的溝通、互動(dòng)、往來等，引發(fā)了眾多學(xué)者對于社交網(wǎng)絡(luò)的深入研究。

伴隨著互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的現(xiàn)象具有可計(jì)算性，因此眾多學(xué)者聚焦于人群的行為與網(wǎng)絡(luò)之間互動(dòng)的可預(yù)測性。為了更好地探究社交網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，結(jié)合圖論的相關(guān)內(nèi)容來進(jìn)行分析研究。

圖是事物與聯(lián)系的集合體。圖可以用于表現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中各種事物的關(guān)系，是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)信息的抽象體現(xiàn)。在現(xiàn)實(shí)世界中，人與人之間存在社交關(guān)系，所以采用圖論的觀點(diǎn)進(jìn)行分析，可以將用戶和用戶之間的關(guān)系用圖來表示。

首先，具有共同興趣愛好，或共處于某一局域網(wǎng)絡(luò)的用戶，可以將其抽象為一個(gè)局域社交網(wǎng)絡(luò)。其次，在這個(gè)局域社交網(wǎng)絡(luò)中，用戶可以抽象為不同的節(jié)點(diǎn)，用戶之間存在互動(dòng)關(guān)系即代表著兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間存在連邊關(guān)系。當(dāng)有一則輿情信息在局域社交網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳播，使用溯源算法可以快速定位到源節(jié)點(diǎn)，將輿論信息對于網(wǎng)絡(luò)的負(fù)面影響最小化。因此，在進(jìn)行溯源計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)局域社交網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與受感染節(jié)點(diǎn)集合構(gòu)建出感染網(wǎng)絡(luò)。在感染網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用溯源算法，快速準(zhǔn)確定位源節(jié)點(diǎn)[5]。

在局域社交網(wǎng)絡(luò)中，每條邊將兩個(gè)節(jié)點(diǎn)連接起來，可以用式（1）進(jìn)行表示：

式中，E代表的是網(wǎng)絡(luò)中的連邊集合，V代表的是網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)集合，i，j分別代表網(wǎng)絡(luò)中的不同節(jié)點(diǎn)。由式（1）得到的局域社交網(wǎng)絡(luò)連邊關(guān)系可以構(gòu)成鄰接矩陣，從而進(jìn)行計(jì)算。

將局域社交網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為鄰接矩陣可以表示為式（2）。在式（2）中，若a12=1代表在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2存在連邊關(guān)系，那么映射到現(xiàn)實(shí)世界則代表著兩個(gè)用戶之間存在聯(lián)系，可能互為好友、同學(xué)等。

1.2? 傳播路徑分析

以經(jīng)典的傳染病傳播模型—SI模型為例，S代表易感者，是容易被疾病感染的用戶；I代表感染者，指的是已經(jīng)被感染的用戶，并且處于I態(tài)的患者還存在一定概率去感染其他處于S態(tài)的用戶。在信息傳播領(lǐng)域，通常采用傳染病模型來類比信息傳播過程[6]。在一個(gè)局域的社交網(wǎng)絡(luò)中，對于一則信息，節(jié)點(diǎn)會(huì)處于“相信”和“不相信”兩種狀態(tài)的其中之一，“相信”即為該節(jié)點(diǎn)已經(jīng)被感染，對應(yīng)SI模型中的I態(tài)；“不相信”即代表著這個(gè)節(jié)點(diǎn)未被感染，處于易感態(tài)，對應(yīng)SI模型中的S態(tài)。當(dāng)有一則輿論信息在局域社交網(wǎng)絡(luò)傳播后，處于感染態(tài)的節(jié)點(diǎn)會(huì)向自己周邊的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行傳播感染，在經(jīng)過一定的時(shí)間步長后形成局域感染網(wǎng)絡(luò)。因此最初時(shí)刻處于感染態(tài)的節(jié)點(diǎn)是感染網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，感染網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)都是被這一節(jié)點(diǎn)感染所導(dǎo)致的，所以這一核心節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)重要性程度要高于其他感染節(jié)點(diǎn)。由于信息傳播在網(wǎng)絡(luò)中存在隨機(jī)性的特征，因此以一個(gè)包含10個(gè)節(jié)點(diǎn)的原生網(wǎng)絡(luò)為例，來模擬傳播的過程，如圖1所示。

圖1（a）代表的是某一時(shí)刻的原生網(wǎng)絡(luò)，其中2號(hào)節(jié)點(diǎn)代表該節(jié)點(diǎn)處于感染態(tài)，其他節(jié)點(diǎn)但處于易感態(tài)。當(dāng)輿情信息開始由2號(hào)節(jié)點(diǎn)傳播后，第一個(gè)感染輪次t1內(nèi)，首先感染了6、8、10號(hào)節(jié)點(diǎn)；第二個(gè)輪次t2在t1輪次已經(jīng)感染的節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，繼續(xù)感染了1、4號(hào)節(jié)點(diǎn)；第三個(gè)輪次t3在上述兩個(gè)感染輪次之后，繼續(xù)感染了7號(hào)節(jié)點(diǎn)。因此圖1（a）所示的網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)過了三個(gè)感染輪次之后，依次感染了網(wǎng)絡(luò)中6、10、1、8、4、7號(hào)節(jié)點(diǎn)，最終得到結(jié)果為圖1（b）的感染網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)SI傳播模型的特點(diǎn)，在圖1所示的網(wǎng)絡(luò)中，如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)被感染，那么該節(jié)點(diǎn)將一直處于感染態(tài)，不會(huì)被再次感染。

由圖1可知在局域社交網(wǎng)絡(luò)中信息傳播的過程，為了簡述輿情算法計(jì)算流程，可列出輿情溯源步驟如下所述：

1）初始化處理階段：獲取數(shù)據(jù)集，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，構(gòu)建局域社交網(wǎng)絡(luò)G。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)G即為原生網(wǎng)絡(luò)，所有節(jié)點(diǎn)都處于易感染狀態(tài)，存在一定概率被感染。

2）信息傳播階段：在一定的傳播輪次之內(nèi)，構(gòu)建被感染節(jié)點(diǎn)的集合。如果節(jié)點(diǎn)被感染，則加入感染節(jié)點(diǎn)集合SI中。當(dāng)信息傳播停止后，根據(jù)感染節(jié)點(diǎn)集合與鄰接矩陣，得到所有的受感染節(jié)點(diǎn)與感染子圖GI。

3）計(jì)算階段：根據(jù)感染子圖GI中的結(jié)果，采用溯源算法進(jìn)行計(jì)算，得到最終信息溯源結(jié)果。

1.3? 溯源算法建立

輿情溯源算法（KRC）的計(jì)算思想如下：根據(jù)原生網(wǎng)絡(luò)G中誘導(dǎo)出的感染子圖GI，在GI的基礎(chǔ)上構(gòu)建以節(jié)點(diǎn)v為根節(jié)點(diǎn)的廣度優(yōu)先搜索樹Tbfs（v），之后進(jìn)行溯源運(yùn)算。KRC算法計(jì)算流程如圖2所示。

圖2的計(jì)算流程實(shí)現(xiàn)了基于SI信息傳播模型的溯源算法，通過溯源計(jì)算可以快速定位到輿情傳播的源節(jié)點(diǎn)，進(jìn)一步地可以對網(wǎng)絡(luò)中的源節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，凈化用戶上網(wǎng)環(huán)境，為網(wǎng)絡(luò)中的信息安全提供了有力保障。

2? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1? ?數(shù)據(jù)集介紹

為了驗(yàn)證溯源算法的有效性，本文設(shè)計(jì)了仿真對比實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證。對比方法采用目前溯源領(lǐng)域中具有代表性的方法，分別是距離中心性算法（DC）、Jordan中心性算法（JC）、傳播中心性算法（RC）[7]。在實(shí)驗(yàn)過程中，采用SI模型來模擬信息傳播，代表著網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)只可能處于感染態(tài)（I態(tài)）和易感態(tài)（S態(tài)）。在此模型下，被感染的節(jié)點(diǎn)會(huì)一直處于感染態(tài)并且會(huì)以一定的概率持續(xù)感染它的相鄰節(jié)點(diǎn)。與此同時(shí)，選用三個(gè)具有代表性的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，分別是人工網(wǎng)絡(luò)SCALE-FREE、真實(shí)網(wǎng)絡(luò)HARM及POWER-GRID。三個(gè)網(wǎng)絡(luò)的詳細(xì)信息如表1所示。

本文選用了三個(gè)具有代表性的網(wǎng)絡(luò)，其節(jié)點(diǎn)數(shù)量與連邊數(shù)量符合局域網(wǎng)絡(luò)的特征，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更具有說服力。

2.2? 實(shí)驗(yàn)指標(biāo)選取

想要評價(jià)一個(gè)溯源算法的效果，一般采用溯源檢測率 （Detection Rate）和錯(cuò)誤距離（Error Hops）來衡量。其中，溯源檢測率的計(jì)算方式如式（3）所示：

在上述公式中，M代表溯源計(jì)算的總次數(shù)，MT代表監(jiān)測到真實(shí)源節(jié)點(diǎn)的次數(shù)。因此，如果檢測率的值越大，則說明溯源方法的準(zhǔn)確率越高。

錯(cuò)誤距離的計(jì)算方式采用式（4）可以表示為：

在上述公式中，v1代表通過溯源算法計(jì)算得到的源節(jié)點(diǎn)，v2代表網(wǎng)絡(luò)中的真實(shí)源節(jié)點(diǎn)。錯(cuò)誤距離代表的是兩者之間的差值。因此，如果錯(cuò)誤距離的值越小，則說明通過溯源方法計(jì)算得到的源節(jié)點(diǎn)距離網(wǎng)絡(luò)中真實(shí)源節(jié)點(diǎn)距離越小，溯源結(jié)果的準(zhǔn)確率越高。

2.3? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1? 檢測率分析

圖3是四種算法在SCALE-FREE、HARM和POWER-GRID三個(gè)網(wǎng)絡(luò)中隨著感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，檢測率所發(fā)生的變化。在實(shí)驗(yàn)過程中，為了克服計(jì)算結(jié)果的隨機(jī)性，每組數(shù)據(jù)是通過信息傳播模型感染1 000次取平均值計(jì)算得到的。從圖中可以得知，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，所有的計(jì)算方法準(zhǔn)確率都呈下降趨勢，但KRC算法總體表現(xiàn)仍然優(yōu)于其他算法。

值得注意的是在POWER-GRID網(wǎng)絡(luò)中，所有算法的檢測率均低于其他網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)這是由于該網(wǎng)絡(luò)本身的特性導(dǎo)致的。POWER-GRID是一個(gè)較為稀疏的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中一定數(shù)目的節(jié)點(diǎn)被感染之后，由于其稀疏的特性，導(dǎo)致了很難再感染網(wǎng)絡(luò)其他的節(jié)點(diǎn)，因此造成了檢測率偏低這一問題。但是通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，盡管不同的網(wǎng)絡(luò)的稠密程度不同，KRC算法的表現(xiàn)仍優(yōu)于其他算法。

2.3.2? 錯(cuò)誤距離分析

圖4是四種算法在SCALE-FREE、HARM和POWER-GRID三個(gè)網(wǎng)絡(luò)中隨著感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，錯(cuò)誤距離所發(fā)生的變化。算法通過計(jì)算所得到的錯(cuò)誤距離越小，代表著其與真實(shí)源節(jié)點(diǎn)的距離越小，說明算法溯源性越強(qiáng)。同樣地，為了克服計(jì)算結(jié)果的隨機(jī)性，每組數(shù)據(jù)是通過信息傳播模型感染1 000次取平均值計(jì)算得到的。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果中我們可以發(fā)現(xiàn)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與感染節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加，所有算法的錯(cuò)誤距離都有所增加，但KRC算法總體表現(xiàn)仍然優(yōu)于其他算法且增長較為平穩(wěn)。

同樣地，在POWER-GRID網(wǎng)絡(luò)中，所有算法的錯(cuò)誤距離均高于其他網(wǎng)絡(luò)，原因在檢測率分析處已經(jīng)進(jìn)行詳解，因此此處不再進(jìn)行贅述。

結(jié)合溯源檢測率和錯(cuò)誤距離的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在局域網(wǎng)絡(luò)中，本文所提出的溯源算法KRC具有準(zhǔn)確率高、錯(cuò)誤距離較小的優(yōu)點(diǎn)。

3? 結(jié)? 論

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，社交網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用已經(jīng)逐漸成熟。但與此同時(shí)隨著用戶數(shù)目的增加，網(wǎng)絡(luò)關(guān)系變得愈發(fā)復(fù)雜，信息傳播的方式也愈發(fā)多樣化。此時(shí)網(wǎng)絡(luò)中所產(chǎn)生的信息質(zhì)量將無法保證，有些不實(shí)消息進(jìn)而演變成輿情信息，如果縱容輿情信息在網(wǎng)絡(luò)中持續(xù)發(fā)酵，將對社會(huì)產(chǎn)生危害。由此可見，對輿情信息進(jìn)行溯源是十分必要的[8-10]。

本文聚焦于局域社交網(wǎng)絡(luò)，針對現(xiàn)有算法對于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特性分析不足，從而導(dǎo)致了溯源結(jié)果準(zhǔn)確率不高的現(xiàn)狀，對局域網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特征和節(jié)點(diǎn)自身特性進(jìn)行分析，提出了一種融合先驗(yàn)估計(jì)與后驗(yàn)估計(jì)的信息溯源算法，彌補(bǔ)了當(dāng)前溯源算法存在的缺陷。當(dāng)一則信息在網(wǎng)絡(luò)中傳播一定時(shí)間步長后，根據(jù)感染網(wǎng)絡(luò)快照中已感染節(jié)點(diǎn)其節(jié)點(diǎn)重要性值進(jìn)行排序并處理，以此作為溯源算法的先驗(yàn)估計(jì)；隨后，采用傳播中心性算法作為后驗(yàn)估計(jì)，得到融合先驗(yàn)估計(jì)和后驗(yàn)估計(jì)的信息溯源算法。并且經(jīng)過多維度的對比試驗(yàn)，驗(yàn)證了本文所設(shè)計(jì)的算法在檢測率和錯(cuò)誤距離兩個(gè)方面均優(yōu)于其他算法。

因此可以考慮將本文所設(shè)計(jì)的融合先驗(yàn)估計(jì)與后驗(yàn)估計(jì)的輿情溯源算法應(yīng)用于真實(shí)的局域社交網(wǎng)絡(luò)中，可以精準(zhǔn)鎖定局域社交網(wǎng)絡(luò)中傳播輿情信息的源點(diǎn)，并對其加以管理，從而凈化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

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作者簡介：張欣（1997.05—），女，漢族，遼寧營口人，助教，碩士研究生，研究方向：社交網(wǎng)絡(luò)；王麗娟（1981.11—），女，漢族，江蘇贛榆人，副教授，碩士研究生，研究方向：機(jī)器學(xué)習(xí)、聚類分析；沐雅琪（1996.10—）女，漢族，江蘇興化人，助教，碩士研究生，研究方向：動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法。