1.1.3 Conway：生命游戏

作者: Peter Szor 出处:机械工业出版社　 (  ) 砖  (  ) 好  评论 ( ) 条 　进入论坛

更新时间：2007-04-24 17:58
关 键 词：计算机病毒防范艺术
阅读提示：本书由Symantec首席反病毒研究员执笔，是讲述现代病毒威胁、防御技术和分析工具的权威指南。与多数讲述计算机病毒的书籍不同，本书完全是一本为白帽子黑客 (即负责保护自己所在组织免受恶意代码攻击的IT及安全专业人士) 编写的参考书。作者系统地讲述了反病毒技术的方方面面，包括病毒行为、病毒分类、保护策略、反病毒技术及蠕虫拦截技术等。

1.1.3 Conway：生命游戏
1970年，John Horton Conway[10]创建了最有趣的细胞自动机系统之一。像先驱者冯·诺伊曼一样，Conway研究了简单的元素在共同的规则下的相互作用，发现可以得出异常有趣的结构。
Conway将他的游戏命名为生命（Life）。生命游戏基于以下规则：
• 对于任何一种初始模式，都无法证明“人口”是可以无限增长的。
• 然而有一种初始模式，显然又是可以无限增长的。
• 有一些简单的初始模式，它们按照简单的遗传规律存在：出生、存活和死亡。（具体规则参见下页。—译者注）
图1-3用一种现代的方式展示了最初的Conway表格游戏，它是由Edwin Martin开发的[11]。

图1-3 Edwin Martin的生命游戏，在Mac机上执行，使用“射击者”的最初结构

非常有趣的是，当游戏由这种称作“射击者”的最初结构开始执行后，就会发现电脑其实是非常有“生气”的。仅仅几代之后，在游戏表格的两边，将会出现两个“射击者”，它们就像是在朝对方射击，如图1-4所示，这一过程中它们会产生出能够朝游戏表格右下角“飞”走的“滑翔机”（见图1-5）。这一过程无止境地继续着，并且不断产生新的“滑翔机”。在一个二维表格当中，每一个单元有两种可能的状态：S=1表示单元内有记号，S=0表
示单元内没有记号。由每个单元周围的环境确定的规则决定这个单元的生存状况（见图1-6）。 Conway的生命游戏由以下特征／规则确定：
出生：如果某个空的单元在它的环境中有3 个（K=3）其他单元是被记号填充的，那么这一单元在下
一代将会是被记号填充的。
存活：如果某个被记号填充的单元在它的环境中有2个或3个（K=2或K=3）其他单元是被记号填充的，那么这一单元在下一代将会继续存活，即仍然是被记号填充的。
死亡：如果某个被记号填充的单元在它的环境中只有1个或没有任何（K=1或K=0）其他单元是被记号填充的，那么这一单元在下一代将会由于孤立而死亡，即变成空的单元。另外，如果某个被记号填充的单元在它的环境中有过多的其他单元被填充—4个、5个、6个、7个或8个（K=4，5，6，7，或8），那么这个单元将会由于人口密度过大而在下一代死亡。
最初，Conway相信在生命游戏中没有可以自我复制的结构，Conway甚至宣称如果谁能够建立一种可以导致自我复制的初始结构，就会给他50美元作为奖励。然而麻省理工学院（MIT）的一个人工智能研究组很快就用电脑找到了这样的一种结构。麻省理工学院的学生们发现了一种后来被命名为“滑翔机”的结构。当13个滑翔机相遇时，就形成一种脉冲结构。然后，在第100代，这种脉冲结构又会突然产生出新的滑翔机，并且这些滑翔机会迅速“飞”走。在此之后，每30代就会在表格中产生一个新的滑翔机并且飞走。这一过程永无休止地继续着。这一结构跟图1-3和图1-4所示的“射击者”结构是非常相似的。
由Antal Csakany和Ferenc Vajda于1980年编写的电脑游戏（Games with Computers）中，包含了竞争游戏的例子。作者设计了一个与生命游戏的规则相类似的表格游戏。这种表格游戏使用卷心菜、兔子和狐狸来演示自然界中的斗争。最初有一个单元是被卷心菜填充的，根据预先定义的规则，卷心菜是兔子的食物，而兔子又是狐狸的食物。然后由这些规则来控制和平衡兔子和狐狸的数量。
根据这个模型来考虑计算机、计算机病毒和反病毒程序是非常有趣的。离开了计算机（特别是操作系统和BIOS），计算机病毒是无法复制的。计算机病毒感染新的计算机系统，然而当它们复制的时候，病毒又可以看作是反病毒程序的“食物”。在某些情况下，计算机病毒也会反击，这些计算机病毒被称做反制型病毒（retro virus）。这种情况下，反病毒程序可以被认为是“死亡”了。当反病毒程序使一个病毒停止时，这个计算机病毒可以被认为是“死亡”了。当个人计算机（PC）被病毒感染时，我们认为这台PC机马上就“死亡”了。
例如，当计算机病毒不加选择地删除关键的操作系统文件时，系统就会崩溃，而这时我们可以说计算机病毒“杀死”了它的宿主。如果这一过程太快，宿主被“杀死”了，而计算机病毒却还没有来得及向其他系统复制。如果把数以万计的计算机想像成这种形式的表格游戏，我们就会发现一个非常有意思的现象：计算机病毒和反病毒程序的模型与卷心菜、兔子和狐狸的模拟游戏非常的相似。
规则、副作用、变种、复制技术和毒性的等级共同控制着这一永无止境的斗争中的平衡。同时，计算机病毒和反病毒程序又是“共同进化”[12] 的。当反病毒系统变得更加复杂时，计算机病毒技术也会随之变得更加复杂。在过去三十多年的计算机病毒的发展历史上，这种趋势一直延续着。
使用这种模型，我们就可以观察到计算机病毒的数量是如何根据感染的计算机的数量而变化的。对于计算机病毒和反病毒程序，也有相应的游戏模型来模拟。如果计算机病毒存在于一个由大量可以被感染的电脑所组成的环境之中，那么危害是相当严重的，因为病毒可以更快地传播到大量的其他计算机中。大量类似的拥有可被感染操作系统的个人计算机可以创建一个相似的环境—可供病毒“繁殖”的环境（听起来很熟悉？）。
如果用一个小一点的游戏模板来模拟较小数量的可被感染的计算机，我们将会清楚地看到小规模的病毒爆发，相应的病毒数量也比较小。
用这类模型就可以解释清楚为什么大部分的计算机病毒要感染Windows这类操作系统，因为目前大概有95%的个人计算机是装有Windows操作系统的，就如同使用了一个巨大的“网格”。
当然，这并不意味着另外5%的计算机系统并不足以引起一场某种病毒的全球规模的流行。注释如果你对自我复制、自我修复以及进化结构感兴趣的话，浏览BioWall项目的网站http://lslwww.epfl.ch/biowall/index.html。

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