生物病毒與計(jì)算機(jī)病毒及其免疫方法

1、生物病毒與計(jì)算機(jī)病毒及其免疫方法生方 林 熊 忠（浙江大學(xué)物系杭州310027）摘要 主要敘述了生物病毒和計(jì)算機(jī)病毒的致病機(jī)理、特征和對其進(jìn)行防疫的一般方法。并且通過比較，利用現(xiàn)代生物技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)之間相互借借鑒的思想，從而提出用防生物病毒的方法來防計(jì)算機(jī)病毒及相互影響的一些基本思路。還包括對這兩個(gè)科學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的一些看法。關(guān)鍵詞 生物病毒 計(jì)算機(jī)病毒 免疫隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)和生物技術(shù)之間有了越來越多的相通之處。計(jì)算機(jī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組成設(shè)計(jì)與生物的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間的相似，計(jì)算機(jī)的遺傳算法和生物遺傳的特點(diǎn)的相似和生物病毒與計(jì)算機(jī)病毒之間的相似，都充分體現(xiàn)了這點(diǎn)。本文旨在討論生物病毒和計(jì)算

2、機(jī)病毒之間的一些問題。狹義的生物病毒是1種獨(dú)特的傳染因子，它是能夠利用宿主細(xì)胞的營養(yǎng)物質(zhì)來自主地復(fù)制自身的DNA或RNA、蛋白質(zhì)等生命組成物質(zhì)的微小生命體。而廣義的病毒復(fù)雜得多，包括擬病毒、類病毒和病毒粒子（virion），其中擬病毒和類病毒僅是1條簡單的ssRNA鏈，virion是種類似酶的蛋白分子。因此生物病毒很難有1個(gè)確定的、明確的定義。同理，給計(jì)算機(jī)病毒下定義也較困難。狹義的定義只是指一些能夠精確地復(fù)制自身，或者發(fā)生變異后產(chǎn)生下一代的一些程序片段。而廣義的計(jì)算機(jī)病毒指一切具有破壞計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、資源和干擾計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行的程序代碼，包括蠕蟲。兩者是不同領(lǐng)域的兩個(gè)概念，其物質(zhì)基礎(chǔ)也完全不同，但

3、它們的一些性質(zhì)卻有驚人的相似之處，具體表現(xiàn)有以下幾個(gè)方面：（1）宿主（2）感染性 復(fù)制后的生物病毒裂解宿主細(xì)胞而被釋放出去，感染新的宿主細(xì)胞。計(jì)算機(jī)病毒同樣也具有感染力，被復(fù)制的病毒代碼總要搜尋特定的宿主程序代碼并進(jìn)行感染。生物病毒的核酸好比計(jì)算機(jī)病毒的循環(huán)程序，其不斷地循環(huán)導(dǎo)致產(chǎn)生的新個(gè)體的數(shù)量比起計(jì)算機(jī)病毒，更具有感染力。1個(gè)生物病毒能通過1次侵入而產(chǎn)生成千上百的新個(gè)體，很少有計(jì)算機(jī)病毒能有如此強(qiáng)大的增殖能力。（3）危害性 雖然生物病毒會(huì)給人類帶來一定的益處，例如利用噬菌體可以治療一些細(xì)菌感染；利用昆蟲病毒可以治療、預(yù)防一些農(nóng)業(yè)病蟲害等，但卻危害很大，例如HIV、狂犬病毒等，給人類帶來生命

4、的危險(xiǎn)；流感病毒、肝炎病毒等會(huì)帶來疾病；TMV，馬玲薯Y病毒給人帶來財(cái)產(chǎn)損失。計(jì)算機(jī)病毒也有其利弊。如著名的Brain 病毒就是計(jì)算機(jī)程序的作者Amjad Farooq Aivi & Basit Farooq Aivi兄弟為了保護(hù)他們的文件不被非法地拷貝，在其程序中加入一些保護(hù)性的程序代碼。但不幸的是這種技術(shù)被一些人所濫用，而背離了其初衷，產(chǎn)生了如Autumn Ieaves、Ping Pong病毒等。還有些病毒，如蠕蟲，雖其不具備破壞能力，但它在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中不斷地復(fù)制自己而增加了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，輕則使系統(tǒng)運(yùn)行的速度減慢，重則使整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。一些惡性病毒，會(huì)給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)帶來毀滅性的破壞，

5、使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源招致無法恢復(fù)的破壞，甚至?xí)τ布?shù)（CMOS參數(shù)）進(jìn)行修改。如著名的Brain病毒會(huì)擦除軟盤和硬盤的引導(dǎo)扇區(qū)的數(shù)據(jù)；Alamenda病毒會(huì)覆蓋O磁頭、39磁道8扇區(qū)的數(shù)據(jù)。（4）微小性 最大的生物病毒痘病毒，其直徑也只不過450nm，而一般的生物病毒的個(gè)體更小，必須在電鏡下才能見到其真面目。同樣，計(jì)算機(jī)病毒也相當(dāng)短小精悍，其代碼一般都較短。如Batch病毒（一種*.BAT特洛伊木馬型病毒），只有271個(gè)字節(jié)左右的代碼長度；Icelandic病毒只有642-656個(gè)字節(jié)的長度。很少有計(jì)算機(jī)病毒的代碼長度超過2K的。（5）簡單性 生物病毒缺乏許多重要的生物酶系，如核酸合成酶系，

6、呼吸酶系，蛋白質(zhì)合成酶系等。因病毒顆粒過于微小，無法攜帶病毒復(fù)制所需全部信息，因此必須利用宿主來合成自身所需物質(zhì)。計(jì)算機(jī)病毒也具有這些特點(diǎn)，其程序代碼一般都不具備可執(zhí)行文件的完整結(jié)構(gòu)（除Batch病毒和一些特洛伊木馬外），因此不可以單獨(dú)地被激活、執(zhí)行和復(fù)制，必須將其代碼的不同部分鑲?cè)氲剿拗鞒绦虻母鱾€(gè)代碼段中去，才能具有傳染和破壞性。（6）變異性 不管生物病毒還是計(jì)算機(jī)病毒都具有變異性。HIV是生物病毒中最具代表性的一種，它的變異能力使人的免疫系統(tǒng)無法跟上它的變化，因此成為人類最難對付的病毒之一。計(jì)算機(jī)病毒的變異力也大得驚人，像1701病毒就可以達(dá)到11種，產(chǎn)生的變異一般都是人為的，因此清除顯得

7、較為容易?，F(xiàn)在發(fā)現(xiàn)了一種具有生物學(xué)意義的變異特性的病毒，其通過自身程序來完成變異的功能，這些病毒即為多態(tài)性病毒，如DAME病毒，在其同樣的復(fù)制品中，相同的代碼不到3 個(gè)。（7）多樣性 1982年，美國的計(jì)算機(jī)專家Fredric Cohen博士在他的博士論文中闡述了計(jì)算機(jī)病毒存在的可能性，并用DOS2.1幾乎所有的批處理命令和C語言程序演示了他的病毒程序。從1987年首例計(jì)算機(jī)病毒Brain被發(fā)現(xiàn)到現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)病毒的數(shù)量已經(jīng)超過了5000種。同樣，自1892年俄國植物學(xué)家D.I-vanoskey發(fā)現(xiàn)了煙草花葉病毒（TMV）到現(xiàn)在，生物病毒的數(shù)量也以驚人的速度增長。這項(xiàng)工作已成了這兩個(gè)領(lǐng)域的重要主

8、題工作之一。（8）特異性 流感病毒只能引起流感；狂犬病毒只能引起狂犬病。同樣，計(jì)算機(jī)病毒也具有特異性，如MacMag病毒是Macintosh計(jì)算機(jī)的病毒；Macro病毒只能攻擊數(shù)據(jù)表格文件；Lehigh只感染COMMAND.COM文件；Invol病毒只感染*.SYS文件。（9）相容性和互斥性 溶源性噬菌體是典型的具有相容性和互斥性的生物病毒，而計(jì)算機(jī)病毒Jernsalem只對*.COM型文件感染一次，對*.EXE文件則可以重復(fù)感染，每次都使文件增加1808個(gè)字節(jié)。（10）頑固性 由于病毒的變異，使得消滅病毒的工作具有相當(dāng)大的困難，斗爭具有道高一尺，魔高一丈的意味。從目前的情況來看，人類要想真正

9、地征服這兩個(gè)領(lǐng)域的病毒，具有相當(dāng)大的困難。經(jīng)過長期實(shí)踐，還是掌握了一定的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)。以上對生物病毒和計(jì)算機(jī)病毒的一些共性進(jìn)行比較，下面將對病毒的清除進(jìn)行一些討論。在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中最常用的方法是利用一些殺病毒的軟件，如美國Central Point sofrware公司的CPAV反病毒軟件、KV系列軟件、中國公安部的Scan察毒，Kill殺毒軟件等，都可對一些病毒產(chǎn)生效用。其基本原理都是對已知的病毒的標(biāo)識(shí)進(jìn)行記憶、判斷，從而達(dá)到查出病毒和消滅病毒的目的。另一種是給計(jì)算機(jī)接種“疫苗”的方法，包括軟件和硬件“疫苗”，對于軟件“疫苗”，是通過給每個(gè)文件添加一疫苗程序而達(dá)到防毒的目的，這樣必然增加了程序的

10、長度和存儲(chǔ)介質(zhì)的消耗；而硬件“疫苗”相對較有優(yōu)越些，主要是給計(jì)算機(jī)插上一些防毒卡，主要包括一塊EPROM來存取防毒程序，對執(zhí)行的程序進(jìn)行檢測和對磁盤進(jìn)行檢查。目前我們識(shí)別計(jì)算機(jī)病毒的方法，都是通過對其特有標(biāo)識(shí)進(jìn)行的，一個(gè)軟件不可能對所有的病毒標(biāo)識(shí)進(jìn)行判斷，否則其軟件的規(guī)模和判斷所需要的時(shí)間都是難以想象的。如今隨著編程技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了Norton Anti-Virus和病毒防火墻等一些Windows環(huán)境下的在線殺毒軟件，可以在一定程度上代替軟件疫苗。生物病毒的防治也不容樂觀。雖然機(jī)體能產(chǎn)生干擾一些病毒的復(fù)制過程，但是其對生物體自身細(xì)胞也有干擾、殺傷作用。機(jī)體本身也能產(chǎn)生抗體等物質(zhì)來抵抗、消滅病

11、毒，但是一旦病毒突破機(jī)體的這道防線或者對藥物產(chǎn)生了抗性，那么病毒的危害就無法避免了。在這方面，HIV顯現(xiàn)出其巨大的威脅性，構(gòu)成對人類的巨大危害。困其強(qiáng)大的變異能力，使人類的免疫系統(tǒng)無法承受，只好對其妥協(xié)，承認(rèn)其入侵的合法性。一些較為溫和的病毒，一般不立即對宿主細(xì)胞構(gòu)成威脅，而是潛伏著，或者使宿主細(xì)胞產(chǎn)生病變，如大部分能夠致病的逆轉(zhuǎn)錄會(huì)使宿主細(xì)胞產(chǎn)生癌變；或者經(jīng)過一段時(shí)間潛伏后，又顯現(xiàn)出像烈性病毒一樣的破壞作用。有些還能產(chǎn)生持續(xù)地感染，如皰疹病毒等。雖然人類能利用一些藥物殺死病毒或抑制病毒的復(fù)制過程，但是每種藥物都有使用范圍，不可能具有廣譜性。接種疫苗是一種較好的方法，但是這只是一種防御手段，并

12、且疫苗制備有一定的難度，其制備必須在病毒被發(fā)現(xiàn)之后，因此也不是一種萬全之策。有人設(shè)想根據(jù)計(jì)算機(jī)病毒的消除方法，即在生物細(xì)胞找到類似與計(jì)算機(jī)病毒的標(biāo)識(shí)的DNA序列來鑒定和分離病毒的存在，從而破解生物病毒的程序，并將此DNA序列注入受侵染的細(xì)胞，主動(dòng)的殺死或抑制病毒的繁殖。這種方法能否應(yīng)用于其他疾病的治療，還將要由一定的實(shí)驗(yàn)來證實(shí)。隨著一些新型病毒的發(fā)現(xiàn)，如沅病毒等，這種希望變得更為渺茫。計(jì)算機(jī)領(lǐng)域?qū)ι镱I(lǐng)域的借鑒，目前取得的成果同樣也較小。給計(jì)算機(jī)安裝一個(gè)免疫系統(tǒng)的設(shè)想，顯得有點(diǎn)兒不太現(xiàn)實(shí)。免疫系統(tǒng)的復(fù)雜程度，人類就目前的技術(shù)水平是很難構(gòu)造實(shí)現(xiàn)的，因此確認(rèn)病毒就成了一個(gè)很大的問題。因?yàn)橛?jì)算機(jī)系統(tǒng)

13、是基于馮-諾伊曼模式的，所有的程序都是用二進(jìn)制表示的，病毒程序和一般的程序都具有相同的代碼，因而此模式不可能對有害和無害的機(jī)器碼作出判斷，因此無法克服病毒所帶來的危害。如今一些新的病毒，如隱蔽型病毒、多態(tài)性病毒、超級病毒和破壞性感染型病毒的發(fā)現(xiàn)，使防毒的工作變得更加困難。如隱蔽型病毒能動(dòng)態(tài)地隱蔽自己，使得DOS的DIR命令無法查出其長度，而用FC命令時(shí)它能夠?qū)⑵浯a暫時(shí)移出宿主程序，因此不易查覺；超級病毒則可不依賴于DOS等操作系統(tǒng)而存在，因而可以繞過殺毒程度的陷阱，免于遭害。但是我們還是能夠從這些新型計(jì)算機(jī)病毒得到一些有益的啟示。如多態(tài)性病毒的程序邏輯可作為未來智能型機(jī)器人的一種邏輯模型。因其真正具有了生物學(xué)意義的變異能力。這樣以后機(jī)器人就能夠自我修復(fù)和復(fù)制，并且可根據(jù)具體的環(huán)境情況制造出與自己類似的個(gè)體。目前看來，防治病毒的當(dāng)務(wù)之急