一種QoS優化的P2P網絡信任模型

劉海芹

聊城大學計算機學院，山東省聊城市 252000；聊城大學東昌學院電子科學系，山東省聊城市 252000

一種QoS優化的P2P網絡信任模型

劉海芹

聊城大學計算機學院，山東省聊城市 252000；聊城大學東昌學院電子科學系，山東省聊城市 252000

近幾年，P2P網絡及相關技術已成為研究的重點之一，其中對于P2P網絡信任機制的研究已較為成熟，但是將信任機制與其他機制統籌考慮的研究還不是太多。隨著P2P應用的不斷推廣和服務要求的不斷提高，研究并采用更為有效的策略提高P2P網絡的服務質量（QoS）變得尤為迫切。

P2P網絡；信任模型；興趣共同體；推薦信任；QoS

1 相關研究

目前對P2P網絡信任問題的研究方法，主要是在系統中建立可靠的信任管理模型來解決，現有的信任模型有很多，可概括地分為以下幾類：

（1）基于局部推薦的信任模型，節點的可信度是由自身的歷史交易信息和其他節點的推薦信息共同計算得到的，得到的節點可信度較為片面。

（2）基于全局推薦的信任模型，通過迭代方法計算節點的全局可信度，這樣得到的可信度較為全面，但是這種模型計算開銷大，消息復雜度高。

（3）基于信譽的信任模型，每個節點都有兩個全局值，信譽值和信任值。節點的信譽值用于衡量節點提供高質量服務的可能性，節點都希望自己擁有較高的信譽值。對提供不真實反饋信譽值的節點，降低其信任值，使其難以獲得其所需服務。

對P2P網絡服務質量的研究，以往較多的集中于P2P的快速發展對網絡中其他應用服務質量所造成的沖擊上，P2P系統本身的服務質量問題也非常重要，包括如何增強系統的健壯性，防止節點退出造成服務質量下降；部署合適的節點選擇機制，保證文件下載中良好的下載速度、流媒體應用中流暢的觀看體驗等。一些學者提出了基于P2P流媒體的QoS（服務質量）技術與實現方法[2]，但很少有人在對P2P網絡信任模型的研究中引入QoS因素。

2 興趣共同體和QOS

興趣共同體(interest Community)是指在P2P網絡中興趣相似的節點組成的群體。此處的興趣指的是節點對不同資源內容的興趣。節點搜索資源時首先在其所在的興趣共同體中進行，如果失敗，則搜索共同體之外的節點資源。這種策略可以提高節點之間發生重復交易的概率。整個網絡節點根據興趣相似的原則組成若干群組，即本課題中的興趣共同體。

P2P網絡中特定的不同類型的服務要求就是QoS（Quality of Serv ice），即服務質量。文件下載應用系統中對QoS產生影響的因素包括自組織能力、負載均衡等系統因素和“搭便車”、“內容污染”等人為因素。

3 QOS優化的信任模型設計

本文提出的信任模型是在基于興趣共同體的基礎上，又考慮了節點評價行為的不同，還在信任值的計算中引入影響QOS的因素。對推薦信任值的計算不是由訪問節點或推薦節點單個節點計算完成，而是二者共同負責完成，因此提出了第一推薦信任值和第二推薦信任值的概念，從而可以防止節點篡改自身推薦信任值的惡意行為的發生。

3.1 節點間的信任關系

每個節點既可以作為服務節點又可以作為訪問節點，還可以為其他節點提供推薦，這里假設每個節點作為推薦節點時，都擁有全局一致的推薦信任值。以P2P文件共享系統為例，該模型中節點間的信任關系如下圖所示：

在圖1中，Peer i 作為訪問節點，Peer j是興趣共同體之外的服務節點， Peer n、Peer m是興趣共同體之內的服務節點，每個服務節點分別對應一個推薦節點集合，集合中包含所有曾經與服務節點交互過的訪問節點，從這些節點訪問節點可以得到對服務節點的推薦信任評價。從Peer i發起文件查詢請求到Peer i選擇為其服務的節點并更新信任值的過程如下：

第1步：P2P網絡中的Peer i首先在興趣共同體內部發起文件查詢請求。

第2步：假設Peer i收到Peer m和Peer n的應答。

第3步：Peer i對收到的所有應答，從它們的推薦節點中取得其第一推薦信任值，從推薦節點的鄰居節點中取得推薦節點的推薦可信度，結合第一推薦信任值計算出第二推薦信任值。計算本地直接信任值，結合第二推薦信任值和評價行為相似度計算出最終選擇服務節點所依據的最終信任值，假如此處選擇了Peer n進行下載。

第4步：Peer i對本次交易進行評價，并更新相應的信任記錄。

第5步：如果Peer i在興趣共同體內部發起文件查詢請求后沒有得到回應，那么它將向興趣共同體以外的節點發起文件查詢請求。如果收到應答則執行第3步和第4步。

3.2 信任信息的存儲和影響QoS因素的引入

P2P網絡中，每個節點既可以做服務節點又可以做訪問節點，本文還賦予了節點一個推薦信任度管理者的角色，每個節點的推薦可信度值都在它的一個鄰居節點中存儲，這樣避免了服務節點自己修改自己的推薦信任度。

本文中的每個節點擁有三個數據結構：若干鄰居節點的推薦可信度表，評價行為權重設置表，本地對服務節點信任評價和QoS評分表。評價行為權重設置表存儲的是本節點作為推薦節點時，它的評價行為的權重設置情況，包括評價行為種類及其對應的權重。它和另外一個節點的評價行為相似度采用余弦相似度函數來計算。本地對服務節點信任評價和QoS評分表如下表所示：

表1 本地對服務節點信任評價和QoS評分表

本地節點作為訪問節點時，Spi表示本地節點從服務節點Ri成功下載的次數，Fpi表示本地節點從服務節點R i下載失敗的次數，Dpi表示本地節點對服務節點Ri的直接信任評價。

內容污染(con ten t pollution )：內容污染是指：用戶用相同標題的不可用版本插入到網絡中，降低網絡的可用性。這樣不利于P2P文件共享系統的運行。這里為這種行為評分，是從個人行為監督方面著手，減少其發生概率。

3.3 信任值的計算

定義1 Dpi表示本地節點對服務節點Ri的直接信任評價，其值是本地節點從服務節點成功下載的次數占總下載次數的比例。

定義2 第一推薦信任值FRV的計算由推薦節點完成。推薦節點搜索自己本地的對服務節點信任評價和QoS評分表，發現對服務節點j的評價記錄后，會進行如下計算：

F R V r j=D r j×S T r j×N V r j(1)

STrj表示該推薦節點r對服務節點j的穩定性評分，ST r j∈[0,1]；NV r j表示該推薦節點r對服務節點j的內容污染方面的評分，NV r j∈[0,1]。

定義3 第二推薦信任值SRV由訪問節點計算完成。訪問節點首先訪問推薦節點r中的表1，根據“存放本節點推薦可信度的鄰居IDn”找到節點r的推薦可信度B r。

定義4 兩個節點ij間的評價行為相似度根據余弦相似函數來計算。

兩個節點的BSij值愈大，說明它們的評價行為相似度越高。

定義5 綜合推薦信任值CRV由訪問節點根據公式(5)計算完成。

其中，I(j)為服務節點j的推薦節點集合，該集合的節點可以提供對服務節點j的推薦信息。訪問節點選擇服務節點時，更傾向于行為相似的推薦節點的評價。

定義6 最終信任值Tp j由訪問節點計算完成。

其中λ表示訪問節點對直接信任和間接信任的側重程度，其值可以改變。

4 結論

建立信任模型時，在節點動態進出網絡頻繁的情況下，信任模型的容錯性或健壯性就需要特別強調。本文雖然提出了一些觀點，比如通過相互監督的機制來提高信任模型的健壯性和安全性，但提高幅度還不是太大。以上各個方面的問題有待進一步深入研究。

[1]Altman J.,PKI security for JXTA overly networks[R],Technical Report,Sun Microsystem,2003

[2]張二萌，張新家，張天義，張國旺.一種基于P2P流媒體傳輸的QoS技術與實現方法[J]. 科學技術與工程.2008，8(8)：2107-2111

[3]于真，鄭雪峰，王少杰，劉海燕，王穎.P2P信任模型研究[J] .小型微型計算機系統.2009，30(9)：1715-1719

[4]Zeng L Z, Benatallah B, Ngu A H H, et al.QoS-aware middleware for web services composition[J]. IEEE Transactions on Software Engineering, 2004,30(5):311-327

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.072

劉海芹 研究生 講師

研究方向：計算機網絡與信息安全。