基于域的P2P信任模型設(shè)計

摘要:通過冪規(guī)律的引入，充分利用P2P網(wǎng)絡(luò)存在少數(shù)節(jié)點度數(shù)較大的這一屬性來架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和設(shè)計P2P信任模型。在此基礎(chǔ)上的信任模型，通過把信任分為域內(nèi)信任和域間信任先后處理，可以有效的減少網(wǎng)絡(luò)時延和網(wǎng)絡(luò)帶寬。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測表明，度數(shù)較大節(jié)點在性能、穩(wěn)定性、對系統(tǒng)貢獻方面都有明顯優(yōu)勢。因而通過這些節(jié)點的利用，可以使信任模型在查找路由、查詢時間、模型代價小、負(fù)載平衡等方面具有顯著改善，對于構(gòu)建和諧的P2P運行環(huán)境具有重要的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞:信任模型;P2P;冪規(guī)律;域內(nèi)信任;域間信任

中圖分類號:TP393文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2010)21-5728-03

P2P Credit Model Design Based on Domain

GUO Hong-bin， HAN Song， MA Ke

(Xuchang University， Xuchang 461000， China)

Abstract: Imported the Power-law， framed the network topo-structure and designed credit model by taking full advantage of the inhere property that there are minority nodes have biggish degrees in P2P network.Based on the Power-law，the credit is differentiated as the inside domain credit and outside domain credit，in this way can reduce the delay of the network and the bandwidth.Inspecting the network indicates that the node has biggish degrees also has the advantage of the capability，the stability and the contribution to the system.Thus by using there nodes，the credit model will be improved in the routing， the inquire time，the less cost of the model，load balance and so on. This model has important application value for establishing a harmonious circumstance of the P2P.

Key words: credit model; P2P; power-law; credit of domain; credit of domains

P2P網(wǎng)絡(luò)是眾多參與者按照共同的興趣組建起來的虛擬組織，節(jié)點之間存在著一種假定的相互信任關(guān)系，但隨著組織規(guī)模的擴大，P2P系統(tǒng)所具有的自治、異構(gòu)、動態(tài)等特性往往與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)所需要的信任協(xié)作產(chǎn)生了矛盾;同時，激勵機制的缺失使系統(tǒng)中自私、貪婪行為普遍，因此P2P網(wǎng)絡(luò)中預(yù)先假設(shè)的信任機制顯得非常脆弱，也使這種假設(shè)信任難以在節(jié)點之間進行推薦，這直接影響了整個系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。一種有效的解決辦法是建立完備的信任機制，使節(jié)點的過去行為得到量化，直觀的反應(yīng)節(jié)點的信任協(xié)作程度，同時也可利用信任機制產(chǎn)生激勵效應(yīng)。

本文通過冪規(guī)律的引入，利用P2P網(wǎng)絡(luò)固有的屬性，即少數(shù)節(jié)點具有較高的度，來設(shè)計網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜆?gòu)建基于域的信任度模型。

1 相關(guān)工作

當(dāng)前很多P2P系統(tǒng)都采用基于反饋和推薦的等級評價系統(tǒng)，其設(shè)計通常比較復(fù)雜，信任機制在系統(tǒng)中的消耗較大，表現(xiàn)在:信任度迭代計算數(shù)據(jù)量大、信任值的查詢洪泛消息多、信任度的推薦關(guān)系復(fù)雜，特別是針對P2P系統(tǒng)大規(guī)模的特點，計算節(jié)點的全局信任度的必要性有待進一步研究。近年來許多文獻提出了P2P環(huán)境下的信任模型，如文獻[1-8]，文獻[1]通過獲取節(jié)點的全局信任度和本地信任度綜合得出最終的信任值，并用Terrace樹來保存信任值，該模型計算復(fù)雜，一次交易對信任值的操作較多;文獻[2] 使用迭代的方法計算節(jié)點的信任度，并且使用hash函數(shù)放置節(jié)點的全局信任度，但是由于求節(jié)點的全局信譽度，進行迭代計算時需要從網(wǎng)絡(luò)中搜集大量的信息而沒有考慮網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模，使得其缺乏工程上的可行性;文獻[3] 主要優(yōu)點是提供了多種安全機制，可滿足成員對網(wǎng)絡(luò)安全的不同要求，并對用戶提供的內(nèi)容進行分解評估，但是在分解內(nèi)容的可靠性和信譽度的傳播、更新會增加很多的網(wǎng)絡(luò)流量等方面還存在一些問題;文獻[4] 成員的信任關(guān)系僅僅和CAS聯(lián)系，所有成員在相同規(guī)則的控制下，其行為是可以預(yù)測的，這樣就降低了信任的復(fù)雜性和風(fēng)險，但是由于P2P系統(tǒng)追求零代價以及單節(jié)點瓶頸問題，研究趨勢中有一種排斥CAS的傾向。

2 信任度模型

2.1 冪規(guī)律分布的引入

網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測表明:在P2P網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點呈現(xiàn)出冪規(guī)律分布，即少數(shù)節(jié)點擁有較高的度，多數(shù)節(jié)點度數(shù)較低。度數(shù)較高的節(jié)點較其它節(jié)點聯(lián)系較多，在網(wǎng)絡(luò)中具有更曠闊的視野，能夠與其它節(jié)點更快地交互，而且通常在其它節(jié)點的交互過程中扮演代理的角色。因而這些節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)中具有重要的地位。

該模型充分利用這些度數(shù)較高節(jié)點，作為劃分域的標(biāo)準(zhǔn)和保存信任度信息。

2.2 基于域的P2P網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

該模型利用P2P網(wǎng)絡(luò)中少數(shù)節(jié)點擁有較高的度的這一固有屬性來構(gòu)造拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在一組(按物理位置)節(jié)點中，選擇大于一定度數(shù)的節(jié)點作為Center-node，其它節(jié)點和Center-node一起組成一個域，并以混合P2P結(jié)構(gòu)模式進行組建，即該組節(jié)點中的成員信息都存放在Center-node中。而在整個P2P系統(tǒng)中，每個組中的Center-node在總體結(jié)構(gòu)中以純P2P結(jié)構(gòu)的形式相連接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 信任度模型的設(shè)計

鑒于篇幅以及論述的重點，節(jié)點信任度值的計算本文將不再闡述，文獻[1，6，8，9]都可以作為參考實現(xiàn)。考慮到模型的簡單易用性及對系統(tǒng)的消耗，本文推薦使用正負(fù)評價相減的方法來計算節(jié)點的信任度值。

通過域的劃分，我們把信任分為域內(nèi)信任和域間信任兩種分別對待。

域內(nèi)信任是指在同一個域內(nèi)的節(jié)點與節(jié)點之間的信任。Center-node記錄節(jié)點的歷史行為，通過量化生成節(jié)點的信任度值，保存于Center-node 的記錄表中，以供其它節(jié)點查詢。假設(shè)一節(jié)點發(fā)起查詢請求，首先請求發(fā)送到該域的Center-node，如果Center-node存在目標(biāo)請求的節(jié)點，且節(jié)點的信任度值大于信任閥值(根據(jù)系統(tǒng)情況定義)，則產(chǎn)生信任關(guān)系，準(zhǔn)備交易;否則，查詢請求轉(zhuǎn)移到域間洪泛(Flooding)查詢。

域間信任是指域內(nèi)信任沒有產(chǎn)生的情況下(包括查詢失敗和未構(gòu)成信任關(guān)系等)，節(jié)點與其它域內(nèi)的節(jié)點的信任關(guān)系。該信任關(guān)系產(chǎn)生于其它Center-node存在查詢目標(biāo) ，通過查詢目標(biāo)節(jié)點所屬Center-node的記錄，來確定是否構(gòu)成信任關(guān)系，如果目標(biāo)節(jié)點信任度大于信任閥值，則構(gòu)成信任關(guān)系，否則，查詢失敗。依次直到找到符合要求的節(jié)點或超時為止。如果有多個域間節(jié)點存在查詢目標(biāo)，在滿足信任閥值的情況下，按照路由跳數(shù)最小的原則選擇為目標(biāo)節(jié)點。交易成功后，反饋給目標(biāo)節(jié)點的Center-node，并更新信任度記錄。

模型流程圖如圖2所示

算法描述如下:

search1(Center-node N，i，object){//查找域內(nèi)節(jié)點

boolean found=1;

for(;pNode->ID==1，pNode->ID=pNode->next)

if(pNode->name==object){

found=true;

returnpNode->turst Value

}

if(pNode->trust Value>A){

successed;}

else{

goto search2

}

if(!found){

search2(else Center-node，i，object)//查域間節(jié)點

for(;Center-node->ID==1;Center-node->=Center-node->next)

for(;pNode->ID==1;pNode->ID=pNode->next)

if(pNode->name==object){

found=true;

returnpNode->turst Value

}else{

1;

}

if(pNode->trust Value>A){

successed;

}else{

1;

}

3 總結(jié)和展望

本文提出了一種新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和基于此上的信任度模型。該結(jié)構(gòu)結(jié)合P2P網(wǎng)絡(luò)的冪規(guī)律分布特性，應(yīng)用少數(shù)節(jié)點的度數(shù)較高的特點，來劃分域和保存信任度信息。基于這種結(jié)構(gòu)的信任度模型具有下述優(yōu)點:在信任值的量化上沒有大面積節(jié)點的迭代計算及未采用復(fù)雜的推薦信任使信任模型在系統(tǒng)中的消耗較少;在目標(biāo)節(jié)點的確立過程中，先域內(nèi)后域間，有效地較少了查詢的網(wǎng)絡(luò)時延和網(wǎng)絡(luò)帶寬;在系統(tǒng)規(guī)模變大的過程中，信任度的計算查詢時間不會單純地隨著節(jié)點數(shù)的增加而增加。實際調(diào)查表明，度數(shù)較大的節(jié)點在性能、對系統(tǒng)的貢獻(在線時間、資源提供)、穩(wěn)定性等方面都有很大優(yōu)勢，因此Center-node的確立在網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡、路由查找、資源豐富等方面有很大改善;信任關(guān)系的產(chǎn)生簡單迅速等。

當(dāng)然本文論述的方法還存在著一些問題要深入分析，例如域的劃分問題，即單節(jié)點與兩個Center-node連通，應(yīng)劃分為那個域，建議劃分為度數(shù)較少的Center-node;Center-node單點瓶頸問題，可以采用冗余Center-node來解決;系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置:Center-node確立用到的度的量和信任關(guān)系建立用到的信任閥值等。針對以上問題，作者還會深入研究。

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注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文