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文档简介

基于人工免疫的P2P文件共享防污染系统摘要:文件污染是当前P2P文件共享系统普遍存在的问题,极大的降低了系统的可用性。P2P文件共享系统和生物免疫系统一样,都是高度分布、自适应和自组织的。利用向量空间相似度赋予投票权重,采用自适应的信誉阈值判断文件可信性,建立了基于人工免疫的防污染对象信誉机制来进行邻居节点集的选取,以改进系统可用性。仿真实验表明,系统具有很高的识别精确度,能够以低通讯代价很好的抑制污染文件在网络中的传播。关键词:污染;人工免疫系统;可用性;文件共享;P2P引言目前,P2P文件共享已经成为Internet上的主要应用之一,对Internet的使用和流量产生了巨大的影响。P2P网络具有很多优良特性,但是它的分布性、开放性和自治性使它不可避免的遭遇安全问题的挑战,比如P2P文件共享系统中的文件污染问题。所谓文件污染问题,是指在P2P文件共享系统中,恶意用户发布与所标示主题不相符合的文件内容,并通过P2P文件共享进行传播。文件污染问题给P2P文件共享系统造成了很大的危害:首先,如果用户频繁遭遇污染文件,其感受到的可用性会急剧降低,甚至最终放弃使用该系统;而且,它为病毒、蠕虫等恶意程序的传播提供了便利,造成了网络安全上的隐患。对P2P网络的实际测量数据表明,现实存在的文件污染现象十分普遍,尤其是对于最近流行的内容。在FastTrack/KaZaA、eDonkey、Overnet等P2P系统中,有半数流行内容的拷贝是被污染的或是伪造的[1][2]。作为一个高度进化的复杂系统,生物免疫系统能够区分外部有害物质和自身组织,从而清除病原并保持有机体的稳定。从计算的角度来看,生物免疫系统具有高度分布、自适应和自组织的特性,具备很强的学习、识别、记忆和特征提取能力。受到生物免疫系统的启发,人们提出了人工免疫系统(ArtificialImmuneSystem,AIS)的概念[3]。由于它提供了一种强大的信息处理和问题求解范式,近年来,基于免疫系统原理的各种模型和算法已经被广泛的应用在信息安全[4]、模式识别[5]、数据挖掘[6]、智能优化[7]等研究领域中。与生物免疫系统一样,P2P文件共享系统也具有高度分布、自适应和自组织等特性。在P2P文件共享系统中,通过建立基于人工免疫原理的对象信誉机制,使用人工免疫方法进行邻居节点的选择过程,对候选的节点使用人工免疫算法进行筛选,选取出和本节点具有较高投票相似度的邻居节点,可以减少恶意节点传播污染文件的可能性,避免恶意节点的共谋攻击,从而提高文件共享系统的可用性。本文以下部分的结构为:第一部分介绍相关研究工作,第二部分描述对象信誉机制,第三部分提出基于人工免疫原理的邻居选择算法,第四部分进行仿真实验分析,最后总结本文并展望下一步工作。相关研究工作抑制文件污染的方法有很多[8],比如基于原始文件的方法、基于专家意见的方法、基于简单投票的方法、基于信任关系的方法等。在基于简单投票方法的基础上,通过对历史行为的分析,某些专家节点被认为比其它节点更为可信,于是它们的投票就被赋予较大的权重,使用一个信誉系统来保存、更新和传播这些权重,然后结合投票来对文件的可信性进行评估。Credence系统[9]采用基于对象信誉的方法,节点通过gossip过程收集其它节点的投票,使用Pearson相关相似系数作为节点投票相似度的衡量标准,赋予其它节点的投票以权重,并对所收集的投票进行二次抽样。由于采用gossip过程,需要对投票逐一进行加密和解密验证,带来了很大开销,而且没有解决freeloading问题,也没有考虑到邻居节点的选取。XRep[10]和X2Rep[11]系统都引入了对象信誉,并依据过去的投票行为赋予节点以权重,但是都没有在节点之间共享信誉信息,并且要求节点在评价阶段在线进行投票的计算和传播,不适合动态的P2P环境。在KaZaA[12]系统中,节点对自己所共享的文件给出评分,表示为四个级别的真实度。但是,系统是根据节点自己对所共享文件的评分来决定文件的信誉值,没有节点之间相互评分的机制,使信誉系统容易受到恶意节点的攻击。eMule和eDonkey网络通过Juglereal-timeFakeCheck服务[13]来抑制文件污染,但是很容易受到暂时副本诱骗的攻击。在查询的返回结果中选取下载地址时,有的系统采用选取最佳返回结果的策略,容易受到恶意节点的欺骗攻击。于是,很多系统采用随机选取返回结果的策略来抑制污染的传播,能够使可信文件的搜索结果随攻击者数目的增加呈线性下降,但是在污染程度很低的时候,却造成较大的性能损失[14]。大多数推荐系统中采用了相关的协同过滤技术,但是它们依赖于集中式的控制,不合适于具有分布特性的P2P系统。出对象雀信誉件机制转在哨P2猪P文阶件共介享适网络锄上格,拍建立厦基于柳对象撒的棕信誉碧机制赵,从疤而捧抵御务文件耍污染岛。叠这里浴的对命象信莲誉,债是指模系统党中所孤共享威的文盈件对垂象的赔可信边程度文。件在毒网络绪中的掩每个淋节点锋上香存储学两个逝哈希路表,拌一个描是投叔票箱伯(B留al斗lo颤t夸Bo引x)慧,一渴个是具相似妙度表配(S长im嚷il禁ar孙it丑y邀Ta率bl戴e)秆。投齿票箱曲中的雨每一付项对章应着朽对某君个文扬件的咸投票家集,堂是一习个子钢哈希榜表,赛子哈爹希表格中的殃每一葵项则夺对应章着某忧个节努点对葱该文骗件的衫投票鉴。相写似度倒表的跳每一束项对莲应着奋本节合点与希某个戏节点伸的投离票相威似度榜,相访似度掩值在扩[-宵1,叼1]项之间柏,显零然,潜每个筋节点竭与自找身的担相似取度为津1.倾0。前2卸.仇1刚初始知化过滴程俊每个钟节点狐开始鼓共享百自己斧的文骑件时枯,对振自己常的每胆个文盆件进豆行投漠票。林由于哭对文猛件受辽污染炸与否晕的判仙断结读论是扎确定脖性的辞,不叹需要衣采用香多等绣级的漂评定迎标准脸,同领时为慢了能惊够表顽达中纺性的雁意见含,采蚂用最煎简单村的奇组数等闭级值羽,将首评分叙分为乎{-辟1,挨0,粮+1寻}三碌个等童级,易其中钉,-为1表匙示用部户认单为该献文件悟为污基染文于件,筹+1唱表示中用户剪认为蹦该文坚件为产可信途文件妨,0郊表示参用户挥没有酿进行归评价线。唱恶意引节点乒为了蔬使污评染文尘件能塔够得乓到广映泛的旁传播话,会摘将对怖污染滤文件踪的投酿票值毕也设立为+衬1。捏2投.均2晨投票摄收集村过程元查询拍消息痒可以前被用馋来棍触发熊节点娱传播狠投票么,在督节点展进行谢搜索阶的过舞程中廉,收听到查叔询的督节点来除了艺要完关成转强发处背理的借任务嘱,如狮果它忘对这浴个杏文件赞有投钓票,佛还要叠返回班自己支的投池票给味发起催查询碑的节纷点,口假设灶底层僻P2给P网量络的览路由罢传输候是安轨全可秩靠的残,恶孕意节掩点不绣能够栗任意轰操控需网络键上传甜输的浙消息告,所掩以发喇起查赞询的细节点殃能够玩保证帽得到袄的这切个投榆票是傅真实藏的。裳这个常节点搁将收讽集到胁的投俭票加屑入投价票箱浓中,析然后友进行醉相似践度表馆的更抖新过乖程。哪2舍.拜3情相似房度的揭计算确在传睛统的萍人工泼免疫廉系统葬模型香里,范抗体头和抗索原的泳亲和零力,蒙一般考是采番用简乱单的伤Eu美cl康id代ea在n领距离枕、M辨an停ha僻tt竿an逐距离示或垂Ha主mm穷in它g距浑离等爆字符丙串燃距离包或向丝量距斥离刘来狡表示丛的构。既在须这里阻的启对象调信誉裙机制漆中,轻节点汽的投纳票相古似度做就是务匹配馆特异伴性。急对投键票箱丽中存难在投暖票的员每个领文件演,统烈计本易节点禾和待征评估牧节点蠢的投律票,害计算叛两者财的相腔似度悬,并润记入投相似城度表肃中沉。溉相似堤度的译计算梅,一葬般有前相似锻距离篮和相犬似系事数两与类衡呜量方冰法,驼相比沉而言刊,后询者更洽为精艰确的浇反映抓了数叔据之枯间的染相似盒程度嘴,其备中包啦括P怠ea米rs积on蔽相关射相似颜系数盼、指迟数相询似系炉数、霉向量盗空间逗相似群系数远等多枝种衡雷量标籍准。气这里夕采用国以向戴量夹话角余妖弦表户示的掘向量鹊空间嗓相似茄系数卵作为逝衡量加标准监来计章算节咳点投苏票之无间的谦相似押度。(1)尤节点仓投票发构成满了K乖维文雄件对奔象空论间上乐的向旷量,欣如果吵节点傅没有乔对某招个文墨件进召行评眨价,炮则相景应分弹量为谱0。崖设节昂点n坊i雷和节沉点n企j研在K剧维文赞件对晕象空拐间上萝的投坡票值歉分别阻表示泪为K探维向煤量饶和控,则医节点历n阵i赖和节棒点n获j乒之间免的投静票相侍似度雄为:(1)蜓其中鼻,节恼点n峰i誉和n楼j枕共同帆投票跳的文旧件集刺合用旦I珍ij境表示宰,节县点n拥i俭和n促j鲁投票肝的文换件集馅合分扭别用左I歇i肌和I缺j奋表示良,V走i,牧k笛和V膊j,补k拢分别愧表示旁节点境n宏i螺和n毯j辰对文店件k兴的投袋票值拐。蒜2封.博4罢文件丢可信录性翁的判你定滔更新洁相似择度表掩之后级,在励投票昌箱中洁查询着对该妄文件虽的投束票,丛在相格似度欢表中盘查询烟相应买投票鬼节点招与本艰节点寺的相哨似度扒,将笼投票摩值与洒相似舅度的蓬乘积序累加交得到星文件昼的信合誉值损es池ti卫ma店te鞭。当揭es视ti角ma缩te灶超过矩某个可阈值壮ac特ce址pt怜Th依re终sh臂ol订d时声,接冒受这袋个文态件;占当e孙st山im斯at赌e低掀于某殃个阈燕值r忍ej肚ec导tT诚hr列es厅ho准ld秒时,斧拒绝浮这个轿文件拐;介怖于两辉者之仿间,恼则以宾概率请接受艘这个粉文件挣。拍一般挖来说棍,判喊断文把件是姥否污利染的亲信誉字阈值激有三截种取祝值方中案:精全局定阈值慰、多佛数阈掘值、慕本地侮阈值认。全罪局阈愁值方盆案由照全局兆共享姥一个蕉固定霜的值番,不侦能够投灵活可取值望;多日数阈绳值方证案由剃局部其的大宫多数嚷节点颤共同武决定龙一个繁值,戴存在证节点渔之间确相互坐信任白的问裕题。腔所以排采用届本地昆阈值违方案帅,并披且引姥入自印适应针的阈将值取很值方户案。特G(班t)跳和P惯(t隆)分牙别表决示在讲时刻早t傅,脊系统北中可识信文叨件和糖污染志文件市的数树目洒,桐则僚表示随污染桂文件祸所占敞的比练例型,碧也就混是污壶染文职件的瓣扩散抛程度纵。傻用户供感知绑污染毒率盘表示旧用户凳在下三载过营程中耐遭遇狼污染狗文件鸡的概美率晨,外h(欧t)势和污彻染文凉件的拿扩散保程度漂相关贯,守表示骂相关议程度地的军θ愧(弃•岔)是战单调啊增函乘数教。幼α进表示辣节点颈采用贵对象诞信誉霸机制污时在输处理直一个鲁可信佣文件份时接乘受它吃的概卫率嗓,片β弱表示沾节点象采用姥对象驻信誉睛机制昂时在尖处理之一个喘污染忽文件柜时拒柜绝它住的概神率呼。右显然歉,锤α路和晒β跪的值叹越接晴近1肾,超系统高的精肚确度肃越高现。(2)柔在引纤入对捧象信巧誉跌机制枝之后绿,誓用户库感知改污染锐率由名原来举的h宗(t段)变炭为(2)射H(浸t)诞的值世用户骑可以酿通过坝统计押得到寺。可用户籍对衡予量系软统精锯确度纲的指枕标裕α述和舱β冰的值嗽并不嫁知情帮,只把能通熔过统监计得扇到的轿用户喉感知约污染耍率H土(t型)来灶评判阶当前威的系雁统性赖能籍。弊当H托(t掠)超台过用尘户预滔期的介值H垦时,台同时帆提高庙ac偏ce缝pt贝Th暖re桂sh陈ol嘱d和虹re碑je坡ct阀Th筹re堵sh沿ol域d的皂值;鸡当H很(t额)低分于某闪个很藏小的兴值络ε箱时,略同时傻降低求ac冈ce肝pt恩Th直re鄙sh身ol坏d和式re得je灶ct落Th链re碗sh滋ol淡d的爬值。哈采用央自适京应的丈阈值的取值旗方案青,使则得系革统在天网络害动态遮变化不的情蛋况下伏,仍帖然能永够保馋持环α秧和晚β上的值额同时灭处于怖较高引水平如。痕邻居绪选择讲算法圣通过夹不断筑调整诊P2划P形文件声共享逗系统狡ov满er令la甜y担网络激的拓蜘扑结犬构,便可以撇增强店普通日节点结的集浊聚性碍,而码对恶站意节角点进努行有份效的等屏蔽遭,从竖而减壶少恶慈意节鸡点传背播污死染文淹件的它可能灰,提蚊高文绵件共颤享系牢统的恰可用帜性。位由于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