CN103051645A - P2p网络中基于分组的激励机制 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种P2P网络中基于分组的激励方法，通过借鉴P2P网络社区的思想，网络节点依据自身兴趣或需求，加入不同分组。分组创建节点担任组管理者角色，组管理者根据节点实际请求，分别执行组内交互协议和组间交互协议，组内交互协议和组间交互协议均包括了查询，信誉咨询，下载，信誉更新四个子过程。在组内执行阶段，若本组成员拥有请求节点所需资源，且请求节点的信誉等级高于资源的授权等级，则完成下载，并由组管理节点完成信誉更新；若本组成员没有所请求的资源，则组管理者判断请求节点的信誉等级是否满足条件，若满足条件，则组管理者把请求消息传递到其他分组的组管理者，再执行其他组的组内交互协议。本发明屏蔽了具体的信誉评估方法，可根据不同的应用场景，或者信誉方案的最新研究成果进行选择。实现了激励机制的个性化定制。

Description

P2P网络中基于分组的激励机制

技术领域

本发明涉及P2P技术领域，具体涉及一种P2P网络中基于分组的激励机制。

背景技术

P2P系统结构模式是对传统非对称客户机/服务器通信模式的重要改变。尽量利用终端节点的计算、存储和通信资源的P2P通信模式已成为当前互联网应用的重要模式之一。一些基于对等网络技术的文件共享系统，如Gnutella，e-Donkey，BitTorrent等，在全球范围内的在线用户数量有时达数千万之众，对等网络技术自诞生伊始就一直本着“人人为我，我为人人”的信息共享与服务理念。然而对等网络中并非每个节点都真正贯彻了对等地提供服务、享受服务的信息共享理念，在无约束的条件下，节点的自私行为较为普遍。研究指出，Gnutella网络中各个节点无论在提供信息共享和网络维护方面都存在差异。多数节点没有共享文件，或共享了为数极少的文件，或是共享几乎不被人访问的文件。许多节点加入对等网络的初衷只是想从对等网络中获取其他节点提供的服务，而不乐意为对等网络做出贡献。例如，实验表明，在Gnutella中有25％的节点从来不共享数据给其他节点，只从其他节点那里下载数据。这种自私行为通常统称为搭便车。显然，搭便车现象与P2P通信模式提倡的协作共享理念完全相悖。因此，P2P体系中协作与激励一直是研究人员关注的重点问题。协作是指P2P系统中节点之间通过协作关系去完成任务，尽量弱化或者完全忽略中心服务器的角色，从而实现资源共享。然而很多理性用户总是试图多使用别人的资源，少贡献自己的资源。因此，如何激励用户积极贡献自己的资源，保证交换中的公平性便成为P2P文件共享系统中的关键。例如Bit-Torrent系统通过tit-for-tat策略激励用户贡献资源，而eDonkey，Maze根据节点的历史资源贡献记录来确定目前所共享的资源。

迄今为止，搭便车行为的测量验证与抑制研究大致经过了三个阶段。在第一个阶段，研究人员通过测量不同对等网络的搭便车现象，分析其数字特征，最终形成共识：搭便车行为是一种客观存在，且对于对等网络的健康发展提出了严峻挑战。在第二阶段，一些搭便车行为抑制机制被提出，如激励机制，基于博弈论的方法等，其中少数方法已应用于真实系统中。第三阶段，研究者意识到目前还没有某种方法可以彻底解决网络中的搭便车行为，因此应对抑制行为开展更深入的研究，并且通过在真实系统中实现抑制机制去验证方法的效率。

搭便车的一种主要抑制方法是使用激励机制。目前比较普遍应用的激励机制包括基于微支付，基于直接互惠和基于信誉的方法。基于微支付方法的核心思想是以虚拟货币作为P2P网络中服务或资源交易的媒介，服务提供节点可以通过中央服务器收取服务请求节点支付的虚拟货币。其中虚拟货币体现了节点贡献的程度，从而使得节点有积极性去参与合作；基于直接互惠的基本思想是P2P网络中的服务提供节点在为其他节点提供服务后，能得到某种直接优惠，这种方法主要是在类BitTorrent网络中实现；基于信誉的方法主要是在P2P网络中引入一个等级的概念，即每个阶段根据自己在网络中的历史行为情况获得信誉值。在以后的服务和交易中，其它节点均根据请求节点的信誉值给予对应等级的回应，促使节点彼此协作并合理使用网络资源。

发明内容

本发明解决的问题是：在现有的搭便车抑制方法中，基于信誉的激励机制是研究最为普遍的方法。这类方法的基本思想是通过定义和计算节点的信誉度，利用信誉度标识节点对系统的贡献程度，从而实现“多劳多得”或“多劳先得”的有差别服务。各种方法的主要区别体现在效用函数(节点所享受服务等级与节点为系统所做贡献的关系)的定义，与测量点的选择方面。然而由于对等网络节点在软硬件配置和物理网络接入环境存在的客观差异，这类方法对于资源的合理利用并非完全理性。已有研究表明，类似于人类社会，P2P网络社会存在明显的社区结构特性。目前已有的基于信誉的激励方案中，虽然可以在某种程度上激发节点共享的积极性，但由于忽略了P2P网络的社区结构特征，因而整个激励方案效率不高；此外，目前提出的基于信誉的激励机制，主要通过定义不同评估参数，实现信誉评估过程，激励机制的效率过于依赖信誉评估方案，而忽略了实际应用中由于节点异构性带来的个体差异。

本发明解决问题所采取的方法是：

(1)采用网络分组的方法，由分组创建节点担任组管理者角色，根据节点实际的需求，分别进行组内交互和组间交互，根据节点自身兴趣，节点可加入不同分组，组内交互更为频繁，通过具体的交互协议以及组内优先交互的原则，提高了系统的效率。

(2)通过设计具体的交互场景，使得系统可根据节点的实际需求，在组内和组间进行转换。节点的具体交互协议和信誉的评估方法是独立的，可根据不同应用场景，定制适当的信誉评估方法，获得节点对系统的贡献程度。

本发明提出的基于分组的激励方法的优点在于：通过借鉴P2P社区结构的概念，使得网络分为若干分组，节点交互过程根据实际情况在组内和组间切换，提高了系统效率；该激励机制屏蔽了具体的信誉评估方法和网络分组方法，可根据需求进行定制。

具体体现为：

(1)在传统基于信誉的激励机制中引入分组的概念，使得节点交互过程首先在组内进行，再根据实际需求考虑是否切换到组间进行，在实现激励节点共享目的的条件下，减少了系统的通信开销，提高了系统效率。

(2)该方法屏蔽了具体的信誉评估方法，可根据不同的应用场景，或者信誉方案的最新研究成果进行选择。实现了激励机制的个性化定制

(3)节点的具体交互协议和分组方法是独立的，节点可根据不同兴趣或不同需求，加入不同的分组。而节点信誉的积累或享受的服务等级不受分组方法的影响，保证了节点充分的自由度。

附图说明

图1为P2P分组网络体系结构示意图

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提出的P2P网络中基于分组的激励机制，包括了组内交互协议和组间交互协议：每个协议由查询，信誉咨询，下载，信誉更新四个子过程组成。

具体实施细节为：

第一，系统初始化

对一个包含PKI的系统，组管理者是分组的创建者。一个组中至少存在两个组管理者以保证系统的可靠性。若某组中的节点数目快速增长，一些高信誉级节点可创建新分组。组分类标准可依据IP范围、共享文件的类型，或者其他应用需求。如果一个新节点p希望加入某个组，它选择一个组管理者并发送加组请求消息：

$\mathrm{JoinGroup}=(S_{{\mathrm{priKey}}_p}({\mathrm{ID}}_P,\mathrm{TStamp}),{\mathrm{ID}}_P,\mathrm{Time},{\mathrm{PubK}}_P)$

该消息包括请求节点的身份ID_P，请求加入的时间戳TStamp，以及利用节点p的私钥priKey_p对身份和时间戳的签名

第二，组内交互协议

(1)查询过程

节点在本组内广播一个查询消息Query＝(str，ID_P，ip_p)，消息包括文件名或者关键字str，节点p的IP地址ip，以及节点p的身份。

拥有特定文件的节点返回命中消息QueryHit＝(filename，AuL_filen，ID_q，ip_q，BW_q)，

消息包含命中文件名filename，该文件的授权等级AuL_file，文件拥有者的身份，IP地址，和该文件拥有节点的物理代理BW_q

(2)信誉咨询过程

节点p发送一个信誉咨询消息ServeRep＝(IDList，ID_p)给其中一个组管理者，其中IDList包括所有返回了命中消息的节点的身份。

组管理者返回相应的信誉等级IDList中节点的信誉等级。

节点p检查找到的文件是否被记录在组管理者维护中的恶意文件列表中。

(3)下载过程

节点p在回复的命中节点集中选择具有较高带宽的候选节点q，发送一个下载请求DLrequest＝(fliename，ID_p)。

节点q发送一个信誉咨询消息CientRep＝(ID_p，ID_q)给一个组管理者，获取请求节点p的信誉等级。

组管理者返回节点p的信誉等级给节点q

如果节点p的信誉等级比指定文件的授权等级高，则q返回一个下载答复消息：

和E_key(file)给节点p。

节点p使用自己的私钥解密消息

以获得加密密钥key，然后解密文件D_key(E_key(file))，得到file。

(4)信誉更新过程

当节点p完成了下载以后，发送一个评价更新消息：

消息包含节点p对q的评价Rate_p，q，以及对该评价的签名

给一个组管理者。同时，节点q发送一个服务完成消息

给一个组管理者。

组管理者验证接受的有服务请求者和服务提供者发送的签名消息：

和

如果对于服务提供者q的评价为负面评价，组管理者通知服务提供者q，并要求其提供申述。

同一个组中所有的组管理成员相互交换评价数据，并周期性调用确定的信誉评估工具更新信誉表

第三，组间交互协议

(1)组间查询过程

如果某高信誉的节点没有在本组搜索到所需文件，则请求一个组管理者执行如下的组间查询：

节点p发送一个组间查询请求消息EQuery(str，ID_p，ip_p)给本组管理者GM_i，j以请求进行组间搜索。节点p属第i组，GM_i，j表示第i组的第j个组管理者

GM_i，j首先检查节点p的信誉级。如果足够高，则GM_i，j发送一个消息给其他组的组管理者GM_a，b

GM_a，b广播给本组里的其他节点

每一个拥有该文件的节点q返回一个命中消息

EQueryHit(filename，ID_q，ip_q，BW_p)给组管理者GM_a，b。

组管理者GM_a，b检查文件是否在恶意文件列表中，并选择具有高等级信誉的节点作为服务提供者，然后返回

给GM_i，j。

GM_i，j验证

并发送给节点p。

(2)组间下载过程

和组内下载过程不同，服务提供者q不检查节点p的信誉，因为节点p已经具有足够好的信誉，才能够进行组间查询。

节点p选择具有高信誉文件发送组间下载请求EDLrequest(filename，ID_p)给节点q

节点q返回一个扩展的下载答复消息

和E_key(file)给节点p。

节点p使用自己的私钥解密消息

以获得加密密钥key，然后解密文件D_key(E_key(file))，得到file。

(3)组间信誉更新过程

节点p返回一个服务提供者q的评价给本组管理者GM_i，j。然后GM_i，j提交推荐信息给GM_a，b。

当节点p完成组间下载，则发送一个评价更新

GM_i，j验证推荐消息

然后发送自己签名后的消息

给GM_a，b。

GM_a，b验证来自于GM_i，j提供的评价更新消息。如果对于服务提供者q的评价信息是负面的，组管理者GM_a，b通知服务提供者要求其申述。

组管理者GM_a，b调用确定的信誉评估过程，更新节点q的信誉信息

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡是本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.P2P网络中基于分组的激励机制

通过借鉴P2P社区结构的概念，使得整个网络结构划分为若干分组，节点的贡献和奖励过程在组内和组间交互进行。本激励机制所涉及具体的交互协议独立于信誉评估方法以及节点分组的方法。其特征在于：

该方法在传统基于信誉的激励机制中引入分组的概念，使得节点交互过程首先在组内进行，再根据实际需求考虑是否切换到组间进行，在实现激励节点共享目的的条件下，提高了系统效率；

该方法涉及到组内交互协议和组间交互协议，每一种交互协议包括查询，信誉咨询，下载，信誉更新四个子过程，只有组内节点信誉度达到某个阈值，其请求才有可能被组管理者传递到其他组，进行组间交互。

该方法屏蔽了具体的信誉评估方法，可根据不同的应用场景，或者信誉方案的最新研究成果进行选择。实现了激励机制的个性化定制。

该方法的执行和具体分组方法无关，节点可根据不同兴趣或不同需求，加入不同的分组。而节点信誉的积累或享受的服务等级不受分组方法的影响，保证了节点充分的自由度。

2.如权利要求1所述，该方法在评估信誉时，可根据使用环境，由用户定制信誉评估工具。

3.如权利要求1所述，节点交互包括了查询，信誉咨询，下载，信誉更新子过程。在信誉更新过程中，若组管理节点收到的反馈为负，则组管理节点负责通知服务提供节点，并要求其提供申述。

4.如权利要求1所述，当执行组间下载时，服务提供节点不需要检查请求节点的信誉等级，因为请求节点的搜索请求能被传递到本组，说明了请求节点所属分组的组管理者已审查了其信誉等级。 

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