P2P网络信任机制研究的目的意义及现状

1、P2P网络信任机制研究的目的意义及现状1研究的目的及意义 随着互联网技术的发展，网络应用逐渐遍及日常生活的每一个角落，网络资源也越来越丰富，怎样才能共享网络资源，发挥互联网的作用P2P (Peer-to-Peer)技术应运而生，P2P是一种分布式网络，网络的参与者共享他们所拥有的一部分硬件资源(处理能力、存储能力、网络连接能力、打印机等)，这些共享资源需要由网络提供服务和内容，能被其它对等节点直接访问而无需经过中间实体。在此网络中的参与者既是资源(服务和内容)提供者(Server)，又是资源获取者(Client )。在P2P架构中，传统的客户端与服务器端或者中间层之间的差别消失了，每一个节点都

2、同时扮演着客户端和服务器端的角色。 当P2P技术应用发展到一个引人关注的程度，信任和安全问题就出现了。在用户间互相了解的小型应用中，信任和安全很少会成为问题。可是，有用的P2P应用很少会保持这么小的规模。信任在每个具有一定规模的分布式应用(包括对等应用)中都是一个问题。在一个分布式应用中，信任的等级就是衡量我们确信程度的尺度，即我们正与之通信的人是否是我们以为的那个人，以及我们正在访问的资源是否是我们以为的那些。P2P网络的特性，带来了版权问题、管理困难、垃圾信息、病毒传播等一系列安全问题。 本文的目的就是在了解、研究现有各种P2P安全模型的基础上，分析它们的利弊，对现有的P2P模型进行改进，

3、以解决现有P2P技术应用中大量信息传输拥塞、病毒传播和恶意代码攻击等问题。2 P2P网络的简介随着Internet的广泛普及，网络带宽成倍增长，传统的Client/Serve网络应用模式中服务器的性能瓶颈以及单点失效的问题不仅限制了端系统资源的充分利用，同时越来越无法满足新的分布式应用的需求。而对等网络(Peer-to-Peer,缩写为P2P)采用分布式结构，其目的就是有效均衡负载，充分利用带宽，最大限度地利用现有网络资源。 P2P技术在协同工作，分布式计算和资源共享等方面具有独特的优势，是近年来新的发展热点。2.1 P2P的定义 P2P并不是一种全新的技术，它的历史可以追溯到网络兴起的初期，

4、是Internet的本质特征之一。最初的Internet就是通过建立网页以及在网页中引入链接来实现网页之间的互访，这些网页在功能和地位上都是相同的。那么，什么是P2P技术呢? 目前P2P还没有一个统一的定义，但是大家对此都有一些共同的认识。一些人认为如下的分布式网络系统可以称为P2P网络系统:所有的参与者共享他们的一部分资源(存储空间、计算能力、网络连接、外设)，这些共享的资源对于网络上提供的服务和数据共享是必不可少的，可以被网络上其他节点不经任何中间节点直接存取，参与这个网络的所有节点既是服务、资源和数据的提供者，又是数据、资源和服务的需求者。以下是一些组织对P2P的定义。 (1)对等网工作

5、组(P2Pwg):通过系统间的直接交互，来共享计算机的资源和服务。主要包括:信息、文件、磁盘、内存、CPU等。 (2)IBM: P2P系统由若干互联协作的计算机构成，且至少具有如下特征之一:系统依存于边缘化(非中央式服务器)设备的主动协作，每个成员直接从其他成员而不是从服务器的参与中受益;系统中成员同时扮演服务器与客户端的角色;系统应用的用户能够意识到彼此的存在，构成一个虚拟或实际的群体。从上述定义可以看出P2P有如下特点：(1) P2P网络是由多个节点组成的一个分布式系统；(2) P2P网络中各个节点完全自治，分别属于不同用户； (3) P2P网络中的资源分布于各个节点中；(4) P2P网络

6、中每个节点既是服务的提供者又是服务的消费者。2.2 P2P的分类对等网发展到现在，根据网络的拓扑结构可以划分为三类(1)第一类是纯分散式的P2P网络。这种网络中没有中心服务器的概念，节点之间通过P2P网络的客户端软件来搜索网络中存在的其他节点，直接建立连接。如Gnutella, Freenet, Free Haven, Publius等。(2)第二类是混合式的P2P。各节点之间也可以直接建立连接，但需要借助域网络服务器登录，服务器仅用于辅助节点的连接建立，一旦连接成功，服务器不再起作用。之后，节点之间可以直接进行通信。如Napster, Msn, DT等。(3)第二类是超节点网络。这种网络中有

7、一些性能优良的节点被推荐为超节点(Super Nodes)，为网络提供更多的服务，例如目录检索和查询等。这些超节点不是服务器，并且功能上是透明的，即使单点失效，也不会太大的影响网络的整体效能。最具典型的是ProjectJXTA。3 P2P网络信任模型研究现状3.1国外研究现状最早开始在计算机科学领域中研究信任问题的是Marsh。他提出的信任模型是基于社会学和心理学中关于信任的各个方面，想将社会学和心理学中有关信任的所有属性都集成到该模型中，因此引入了大量的变量，以至于这个模型过于复杂，难以在目前的P2P对等环境中实现。而且，该模型过于强调代理(agent)对自己以前经验的重要性，这样就不能有效

8、收集网络中其他节点对某个节点评价。Beth是较早研究分布式信任计算模型的学者之一首先提出了信任定量化的概念和方法，将信任分为直接信任和推荐信任，根据肯定和否定经验数计算实体完成任务的概率，以此表示信任，并给出了信任计算和合成的方法。但是，这种模型对信任成功和失败的尺度相同，不符合现实中人们对信任的认识。其信任度综合计算采用简单的算术平均，没有考虑推荐来源的可信性，不能有效消除恶意推荐现象在系统中的蔓延。Rahman和Hades提出了一种可以在P2P网络中实现的信任管理方法，它是基于Marsh模型的，实际上它是对Marsh模型在当今在线环境下的修改。它将Mash模型中的一些概念简化，例如，信任只

9、有四个可能的值。该模型也是将信任分为直接信任和推荐信任。该模型的优点是计算量小，反映了信任系统应具有的大多数主要特征。但是这个模型中的每个节点都必须保存一个非常复杂和庞大的数据结构，这个数据结构表示对整个网络的全局知识。在实际的网络环境中，维护和更新这些数据结构是非常费时和费事的工作。而且，这个模型也没有明确说明节点是怎样得到其他节点的推荐值的，同时也没有证据表明，当节点数目增加时，这个模型的可扩展性如何。Bin Yu提出的信任模型模拟了节点之间的社会关系来支持提供服务的专家(expertise)和提供推荐的帮助者(helpfulness)之间建立起信任关系。每个节点保存一张自己邻居的列表，这

10、张表是动态的，通过收集可靠推荐链的陈述来更新当前值，从而计算其他节点的信任度，并更新到列表中。这种方法与上面一种方法在很多方面都很类似，也具有上面一种方法的缺点。一些已经存在的信誊系统如eBay, Yahoo!Auction等，这些系统大多数都只使用单个的反馈因素来计算信誊值，单凭反馈不能有效捕捉用户的可信性，因为反馈可能是伪装的、不诚实的。Li Xiong和Ling Liu提出的基于信誊的信任模型(PeerTrust)，通过收集对实体的反馈进行计算得到实体的信任度，考虑了反馈的可靠性问题，使用反馈的可信性因子来评估反馈信息的可信性。但是该模型认为需要识别欺骗行为和对欺骗者进行惩罚，却没有提出

11、具体的方法和机制。一个实际可行的信誊管理系统是eBay。它是目前最大的一个在线拍卖站点。当每次交易结束后，买卖双方都会给对方一个评价值，表示在这次交易中对对方的满意度，这个评价值用于计算双方各自的总的信誊度。但是，这个方法的主要特征就是所有的信誊度数据都是存储在一个完全集中化的服务器上，因此不符合完全分布式网络中的信任管理思想。还有很多学者对信誊模型进行了研究，但是大多数的信誊机制需要一个集中化的服务器来存储和发布信誊信息，集中化的信誊数据控制使得信誊管理系统容易受到单点失效的问题，也不符合P2P系统的设计理念;一些研究者17已经开始改进基于信誊的方法，节点跟踪并且共享对其他节点的评价信息，在

12、这些方法中分布式投票(polling)算法是基于Gnutella协议的，通过投票请求者获得服务提供者的可靠性，但是他们并没有考虑投票算法的效率和从不诚实节点或不可靠节点来的不真实的评价;而且大多数的信誊机制都假设反馈是没有偏见的、诚实的，并没有充分处理节点的恶意行为。虽然很多学者在分布式信任模型方面作了大量研究，但是在信任关系的传递、信任信息的存储、信誊信息的可信性、对等点间消息传递的安全性以及对恶意节点的勾结行为等方面仍是目前研究的重要内容。3.2国内研究现状相对国外来说，中国的P2P研究起步比较晚。国内P2P的市场基本上从2000年开始逐步启动。目前，国内P2P的应用研究主要有两个方向:文

13、件共享和协同工作。对等网信任模型方面的研究也还处于开始的阶段，越来越多的学者开始在这方面进行研究。窦文等在节点推荐的基础上提出了一种基于推荐的Peer-to-Pee:环境下的信任模型，并给出了该模型的数学分析和分布式实现方法。该模型针对目前Stanford的EigenRep全局信任模型指出了不足之处，并在迭代收敛性、安全性等问题上进行了较大的改进。唐文等运用模糊集合理论对信任管理问题进行了建模，给出了信任类型的定义和信任的评价机制，构造了一个主观信任管理模型，为开发网络环境的信任管理研究提供了一个有价值的思路。蒋兴浩在论文中提出了“复合模式”的对等网信任授权模型，结合了PGP和SPK工各自的优势，实现的访问控制策略是基于信任策略和授权策略的有机组合。刘玉龙等提出了基于推荐信任向量的新型推荐信任模型，提出了信任向量的定义。还有一些学者提出了信任和信誊模型，设计了名誊模型和朋友机制，结合了局部名誊表和全局名誊表各