一种基于公钥体系的P2P激励机制

摘要：针对P2P网络的搭便车行为及网络资源的同质化现象，提出了一个基于PKI体系和结构化P2P网络的激励机制。该激励机制不但鼓励节点提供资源下载，还让资源者从中受益，从而有效地抑制搭便车行为，减轻了资源的同质化现象。

关键词：P2P；激励；公钥体系；结构化P2P网络。

中图分类号：TP393.08;TP393.07

文献标识码：A

0引言

近年来，随着P2P技术的日益成熟，越来越多的基于P2P技术的网络应用在互联网上悄然兴起。从早期的Nasper[1]，到时下最为流行的文件下载应用BitTorrent[2]和eMule[3]，P2P网络已经成为了互联网不可或缺的一部分。

P2P网络的结构本身，从有中心节点的Nasper，到无中心非结构化的Gnutella[4]、Freenet[5]，再到现在的基于DHT(Distributed Hash Table)的结构化P2P网络如Chord[6]、CAN[7]及Pastry[8]等，也在不断地进化。

然而，目前的P2P网络，无论是结构化的还是非结构化的，都基于一个假设，那就是每个参与的节点都能善意地，最大化地提供网络资源。但单个节点往往希望最大化自身的网络效用[9]。由于目前的P2P网络没有考虑这个事实，一方面使得P2P网络中搭便车者（Free Rider）盛行。根据对Gnutella网络的调查显示[10]，近70%的节点是搭便车者，他们不作任何贡献或作少量的贡献，却向网络索取大量的资源；而有近半数的资源来自网络的1%的共享节点，这使得网络资源集中化，造成网络拥堵，从而引发了公共悲剧问题[11]。另一方面，节点拥有的资源同质化日趋严重，用户无法从P2P网络获得有效的资源。

随着公钥基础设施（Public Key Infrastructure，PKI）[12]建设的完善，数字证书已经日益普及。本文提出了一种基于结构化网络和PKI体系的激励机制，它不但鼓励节点提供资源下载，还让资源加入者从中受益，从而不但可以有效地抑制搭便车行为，更使得网络资源日益丰富。

1框架

1.1基础

首先引入几个概念：贡献值、上传下载比、资源价格和分配比例。

贡献值是指节点对P2P网络所作的贡献。每个在P2P网络中的节点都有一个贡献值。

上传下载比是指每个节点提供的上传带宽与下载带宽的比值，记为r。

每个资源都付出一定的贡献值才能够使用，即资源价格p。当节点从P2P网络下载资源时，若资源价格为p，那么它应该支付p点贡献值，即其贡献值变为C-p。

分配比例β是指提供下载所得的收益中分配给资源者的比例，即βp分配给资源节点，(1-β)p分配给提供资源下载的节点，以鼓励节点资源。

为了鼓励节点多作贡献，目前主要有两种激励措施[13]金钱支付和差异化服务。前者涉及到虚拟货币及支付系统等问题，尽管可以采用微支付等手段，但它并不实用[14]。本文采用后者作为主要的激励措施，通过调整节点下载的优先次序，来达到差异化服务的目的。

当多个节点向某个节点请求文件时，由于上传带宽的限制，被请求节点无法同时为所有节点提供资源，此时为所有的请求节点计算优先系数k，公式如下：

采用高k值优先下载的原则，具有较高k值的节点先行下载，较低k值的节点则加入等待队列。

拥有了这60个资源，我们认为它是已完成节点，反之为未完成节点。

从图3~图5中可以看出，在引入了本文的激励机制后，所有节点、资源拥有节点和高贡献节点Вr≥1.0）У耐瓿汕榭龆嫉玫搅擞行У母纳啤6从图6中，我们可以发现，本文的激励机制前期循环中，对低贡献节点（r

从实验结果可以看出，本文的激励机制可以有效地抑制节点的自私行为，并鼓励节点资源和提供资源下载。

3结语

本文针对P2P网络中搭便车和资源同质化的问题，提出了基于节点贡献值的提供差异化服务的激励机制，不但鼓励节点提供资源下载，还鼓励节点为P2P网络加入新的资源，以丰富网络资源。在此基础上，本文提供了一套基于PKI和结构化P2P网络的资源和下载协议来保证激励机制的有效实现。