P2P网络中支持文件共享的信任管理系统

摘要：建立原型系统对P2P网络环境下的信任模型进行测试与分析有着十分重要的意义。基于目前已有的全局信任模型，结合最流行的P2P文件共享应用，本文设计一种P2P网络信任管理系统，并使用JAVA语言编程实现该系统；实验结果表明，全局信任管理系统能够极大地提高P2P网络中的服务成功率。

关键词：对等网络；激励机制；自由骑；全局信任值

中图分类号：TP393 文献标识码：A

1引言

P2P网络具有开放、动态、异质、节点对等、资源共享自愿等特点，其优势已经在文件共享、协同计算、分布式存储及应用层组播等应用领域得到了充分证实。然而，P2P网络也存在着很多问题需要研究，其中，由其自主性、动态性和异构性所导致的诸多数据污染、自由骑、公共悲剧等问题就是需要亟待解决的重要问题[1]，这些问题的解决直接影响着P2P网络应用的有效性与可用性。全局信任模型[2]根据节点在网络中的行为与表现，确定其全局信任值高低，能够更有效地识别恶意节点和恶意群体，更好地帮助用户选取服务，确保节点在各种恶意攻击下具有更高的服务成功率。全局信任模型的理论研究已经有了显著成果，但是，其工程实现却很少涉及，本文结合已有的全局信任模型[3]，设计并实现一种支持文件共享的P2P网络全局信任管理系统，验证其理论模型的有效性。

信任管理系统运行时需要调用P2P网络系统的某些功能，同时，在实现时又要尽量简化这些功能的调用接口，使得信任管理系统的实现独立于具体的P2P网络。文件、数据的分布式存储与共享是目前应用最多且最成功的P2P应用，同时分布式存储与共享技术已经成为大部分其它P2P应用系统的基本需求。Sun公司推出的已经成为P2P标准的JXTA[4]提供了对这一需求的支持，其中CMS（Content Manager Service，内容管理器）充当了这一角色，CMS为JXTA平台上的共享内容提供一套管理协议，因此，我们可以利用CMS迅速实现P2P网络中的文件分布式存储与共享。

本文以Ross模型[5]为核心思想，以JXTA工程API为技术基础，构建基于结构化P2P网络的文件共享网络，并在其中实现信任管理系统。底层的Internet不是文本的主要研究内容，不再作描述。但Ross模型的中间覆盖层描述太简单，不便于实现。本文将它分为两层：P2P覆盖层与P2P服务提供层；覆盖层的作用就是屏蔽底层网络的动态性与异构性，而服务提供层就是为应用层的服务需求提供标准接口；应用层就是文件共享应用，下面详细描述该系统原型的结构与实现过程。

2原型系统设计

基于已有的P2P网络层次体系结构[6]，再结合Ross模型，本文提出原型系统的结构如图1，整个系统包括四层：底层网络、P2P覆盖层、P2P服务层以及P2P应用层。底层网络一般指Internet网，其主机具有自治性与动态性。P2P覆盖层是基于DHT[7]实现的，其主要功能是构建和维护P2P覆盖网络，屏蔽底层网络的动态性与异构性。本文采用基于超级节点的层次型覆盖网络，通过Chord协议[8]，节点自组织成为两层结构的虚拟覆盖网络，实现资源的存放与定位。这种方法既提高了系统的稳定性又便于全局信任值计算。P2P服务层为最上层的应用程序提供一些服务功能，主要功能包括P2P索引，信任管理、激励机制等，这些功能以API的形式提供；最上层的应用程序通过调用这些API，实现数据对象的插入、查询与删除，以及节点的信任评价等任务。应用层程序是多样化的，主要有文件共享、瞬时通信、数据分布式存储等，这些程序是通过访问服务层与覆盖层的功能而实现的。

系统功能模块如图2，由图可知，系统由四个功能模块组成，其中对等点管理与资源管理两个模块是利用JXTA项目提供的API实现的，由于实现相对简单，这里不作描述；信任管理模块则是根据已有的理论模型而实现的，它们的实现过程将在下一节再作介绍。

3原型系统实现

与文件共享应用相关的程序在上节已经叙述了，这里不再重复。另外，覆盖层中的DHT也可以借助JXTA项目的相关技术实现，它们不是本文实现的主要内容，叙述从略。下面详细描述信任管理系统功能模块的实现方法。

4实验结果

假定一个P2P文件共享网络，网络初始拓扑随机，每个节点共享文件数为100左右，正常节点与恶意节点各占50%，正常节点提供真实文件，并提交公正的交易评价；恶意节点提供虚假的文件，并提交不公正的交易评价。然后，随着网络的演化，允许节点通过学习调整共享文件的真实性及评价的公正性。在这个网络中设计一个全局信任管理层，可望规范节点行为，最终提高系统的服务成功率。

从图4的观察可以得出结论，全局信任模型没有任何高信任节点集，实验初始阶段相当于随机模型。但是，只需要10个实验周期，就能达到很高的成功下载率（97%），表明该模型能够识别并抑制恶意节点与恶意群体。随机模型在较短的时间内无法得出节点的信任等级，对节点服务选择的指导性不大，成功下载率很低，即它无法识别恶意节点。

5结论

本文设计并实现了一种支持文件共享的P2P网络全局信任管理原型系统，它具有对等点管理、资源管理、信任管理等功能。该原型系统在由60台PC机、10台三层交换机及3台路由器组成的网络环境下测试，效果良好，性能较强，能穿越NAT，较好地验证了目前已有的理论方法与模型，但原型系统的功能有限，需要进一步改进。

参考文献

[1]Castro M.， Druschel P.， Ganesh A.， et al. Security for structured peertopeer overlay networks[C]. In： Proceeding of 5th Symposium on Operating Systems Design and Implementation （OSDI 2002）， Boston， MA， 2002， 102-115.

[2]Runfang Zhou， Kai Hwang. PowerTrust： a robust and scalable reputation system for trusted peertopeer computing[J]. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems， 2007， 18（5）： 460-473.

[3]欧阳竟成， 林亚平， 周四望，等. P2P环境下全局信任值分级计算方法[J]. 通信学报， 2008， 29（8）：38-45.

[4]. Project JXTA 2.3： Java Programmers Guide[EB/OL]. http：/// docs/ JxtaProgGuide_v2.3.pdf， 2007-01-12.

[5]Ross K. W.， Rubenstein D.. Tutorial on P2P systems[EB/OL].http：//cis.poly.edu/ ～ross/papers/ P2Ptutorial Infocom.pdf， 2009-6-2.

[6]Khaled M. Hammouda and Mohamed S. Kamel. Hierarchically Distributed PeertoPeer Document Clustering and Cluster Summarization[J]. IEEE TRANSACTIONS ON KNOWLEDGE AND DATA ENGINEERING， 2009， 21（5）：681-698.

[7]Karger D.， Lehman E.， Leighton F.， et al. Consistent hashing and random trees： Distributed caching protocols for relieving hot spots on the world wide web[C]. In： Proceedings of the 29th Annual ACM Symposium on Theory of Computing. Dallas， Texas， U.S.， ACM Press， 1997， 654-663.

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