集成PYRAMID激励机制的P2P节点管理体系架构研究——构建安全、自组织、低成本和高参与度的P2P系统

摘要

在P2P系统的实际运行中，用户的不合作行为一直是威胁P2P应用系统十分显著的问题，并且成为近几年P2P计算研究的热点之一。在基于节点合作所构建起来的P2P应用系统中，用户认为无私的合作和贡献将会额外消耗自身节点所有的资源(计算能力、存储空间和网络带宽等)并降低自身节点的性能，从而自然地拥有对于“无偿合作”的不合作行为。虽然这种现象不能简单的归结为“恶意行为”，但是这种行为的结果却会对P2P系统整体运转产生不利影响，甚至最终导致网络群体的崩溃瓦解。因此激励网络群体用户的合作并同时限制不合作行为是保护P2P应用系统的重要课题之一。 本文以新颖、有效的Pyramid激励机制为中心，以保障P2P网络安全、稳定、高效运行为主要内容，借鉴了现实社会经验，从人类意识和技术相结合的角度提出了一个集成了激励机制的节点管理体系架构，为构造安全、自组织、低成本和高参与度的P2P应用系统提供了必要的基础。 本文研究的主要价值在于：为当前P2P应用系统提供了一个集成激励机制的节点管理体系架构，这个体系架构能够有效提高系统用户参与程度，限制用户的不合作行为FR(Free-Riding)以及WW(Whitewashing)、合谋(Collusion)、变节者(Traitor)等用户恶意行为，为P2P应用系统提供更加稳定、高效的网络运行环境。本课题价值还在于： ·体系架构设计基于扩展的Gnutella协议之上，便于在现有的系统上进行快速扩展应用； ·采用了基于交易的量化的信誉方案，既可以解决传统的基于名誉的信任方案所难以处理的非对称兴趣问题和合谋问题；同时采用了接近现实世界货币体系的量化方案，以便于今后商业化P2P应用系统部署的平稳过渡； ·体系架构将节点根据拓扑信息划分成不同区域的候补群体CC(CandidateCommunity)，并在实际运行中在CC的基础上形成不同兴趣的IBC(Interest-BasedCommunity)群体。并通过优化的搜索策略来降低网络关键链路上的通信流量，从而更大程度上避免网络关键链路堵塞、改善通讯质量、降低网络通讯的整体成本。本文中一系列群体管理方案为进一步有效管理P2P网络中的节点提供了基础： ·体系架构中对于IBC、CC和基于交易的信用系统(Trade-BasedCreditScheme)的联合设计具有抵御WW、合谋、变节者的能力。 在本文课题开展过程中，作者对于一些关键问题和技术采用了与已有方案不同的设计和实现。主要创新之处总结如下： ·不同于已有的大量的纯技术方案，本文作者借鉴现实经验，提供了一种将个人意识和认知与技术相结合的激励方案，以试图解决纯粹技术方案所无法完全解决的问题； ·在处理节点分组时考虑了具体的物理拓扑信息，使用IP地址所包含的信息来指导P2P网络节点的分组，较有效地解决了覆盖网络与底层物理拓扑网络的不匹配问题； ·在群体的设计中，通过设置IBC的形成条件，为IBC形成了一个类似“隔离空间”的功能。新加入节点必须为网络中其他节点提供一定程度的服务后才能享受更好的服务，这种功能有效的限制了恶意用户通过WW方式滥用网络共享资源，很大程度上保障了网络的良好运行； ·基于缓存的捷径技术(Cache-BasedShortcut，CBS)将小容量的成功搜索信息缓存在查询沿途的节点上，而不像传统方案中将结果仅缓存于查询节点上或将所有资源信息缓存于邻居节点上的方法，为P2P应用系统提供了另一种高效的轻量级缓存搜索优化方案； ·体系架构中的IBC群体支持群体层次的表决机制，可以对于关乎群体成员的设置进行表决和通告，使得自组织的单体节点组成了自组织的群体，将自组织性从节点层次提升到了群体层次，从而为更大粒度的自组织性管理提供基础；·Pyramid激励机制与体系架构的群体设计相结合，不但能够有效限制恶意用户的FR行为，同时考虑到相关研究中的结论，设计对于FR行为也能提供一定程度的容忍能力。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

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第一章绪论

第二章课题研究内容和价值

第三章群体管理基础结构设计——Infrastructure

第四章优化的资源搜索策略——Search

第五章基于交易的信用系统TBCS——Security

第六章Pyramid激励机制——Reliability

第七章HIVE实验系统

第八章工作总结和展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

专业术语英文全称对照表

致谢