p2p网络中的信任问题研究

p2p网络中的信任问题研究

随着网络的快速发展，p2p技术被广泛应用于网络。每个网络节点都被视为平等的关系，因此也被称为平等网络。p2p网络删除了服务器，并将任何两个网络服务器相互访问服务器。与传统的c-s模式相比，p2p网络中的资源更多，并且没有大量的空间资源，并且网络性能没有得到改善。然而，对于没有中心服务器的p2p网络，网络性能就难以确定。然而，与普通网络服务器无关的网络特性并不容易管理，网络数据的安全性难以保证。p2p网络是以节点为中心的网络，即以人为中心的网络。网络的安全离不开每个节点之间的信任，即人与人之间的信任。P2P网络中节点之间是否相互信任,其实是一种猜测行为,认为对方节点是可信的,自身才会和它进行交互,反之则不进行交互,这种涉及人群互动的猜测行为就是经济学上所说的博弈.博弈可以理解为是一种选择策略的研究,在博弈中不但要考虑自己的策略,还要考虑其他人的策略选择.节点之间实现资源共享是共同选择的结果,也就是博弈的结果.本文考虑节点之间并不清楚彼此之间的博弈关系会持续多久的重复博弈情形,也就是P2P网络中任意两个节点之间是否会持续交互信息的情形.利用博弈论的相关知识来建立P2P网络的信任模型,便于分析问题,通过博弈仿真工具Gambit分析模型,使之更加形象化.1p2p信任博弈模型博弈论虽然是作为现在数学和经济学的一部分而存在的,但是它的许多理论模型可以很好地运用到实际生活中去,可以说它存在于生活中,人人都在博弈.可以通过决策来理解博弈论,决策也可以理解为是一种为了达到目的而进行的方案选择,每个方案选择后会产生一个结果.博弈论就是参与人之间有针对性的行为选择的互动过程的研究理论,探讨互动过程中参与人的行为规律.在P2P网络中,节点之间处于相互依存的复杂关系之中,不得不思考其他节点有针对性的对自身所产生的影响,这样就形成了各个节点之间的交互关系.博弈论的模型都会涉及一些基本要素,在P2P信任博弈模型中的参与人就是网络中的各节点,节点的策略集合包括合作策略和背叛策略.其中,合作策略是指节点之间相互信任,互相传递对方所需要的资源和文件;背叛策略是指某节点对其他节点的请求不予响应,甚至传递伪造文件或者恶意病毒,破坏P2P网络的安全性.每个节点在不同情况下采取不同的策略都会有不同的支付.通过对支付的调整,可以使节点在各自的博弈中选择自己最优的方案.2游戏模式2.1p2p信任模型在P2P信任博弈关系里,博弈重复的次数是不一定的,节点会根据先前双方的博弈行为选择自己下一阶段所采取的策略.具体来说,就是每个节点会根据先前双方是否合作来决定自己下一次交互时是选择合作策略还是背叛策略.这里讨论的P2P信任博弈模型中假设节点采取的是触发策略(TriggerStrategies).节点采取触发策略意味着只要对方节点在博弈中采取合作策略,则该节点也会在博弈中采取合作策略;一旦对方节点的某个阶段采取背叛策略,将会触发该节点在往后的一段时期内采取背叛策略,甚至永远采取背叛策略来惩罚对方.触发策略包含威胁和惩罚,根据惩罚的力度不同,可以分为冷酷策略和礼尚往来策略.在假设的P2P信任博弈模型中,和一次博弈相比,重复博弈要权衡短期收益和长远利益的重要性.如果一次背叛获得的收益超过长期合作的收益,那显然选择背叛策略是最佳的;但是如果长期合作的收益较大的话,采取背叛策略显然是不明智的.分析问题时,需要引入一些变量,用r表示投资收益率,δ表示折现因子(discountfactor),它们的关系是δ=11+r.(1)δ=11+r.(1)要注意到,在重复次数不确定的博弈中,可能节点并不确定博弈究竟会持续多长时间,但是会对博弈能否多持续一个阶段会有一定的概率判断.如果节点双方的这种博弈关系在下一个阶段持续的概率只有p(0<p<1),则要用因子pδ而不单单是δ来折现未来的支付.在此基础上,引入有效收益率(effectiverateofreturn)R,且R=(1pδ)−1.(2)R=(1pδ)-1.(2)R的值取决于δ和p,其含义是指在引入不确定因素p后节点的预期收益率,有效收益率体现了对风险的考虑,和实际结合更加紧密.2.2节点之间的博弈从上面的分析中可以发现,如果博弈在不久的将来结束的可能性足够大的话,节点采取背叛策略将有利可图.使用囚徒困境的一般形式来分析P2P网络中节点之间的博弈关系,用参数来表示节点的支付,这些参数满足囚徒困境支付的标准结构.表1体现的是节点之间的博弈关系,表中的支付满足以下关系:W>X>Y>Z,其中X表示节点双方选择合作策略时各自所得的支付,Y表示节点双方选择背叛策略时各自所得的支付,W表示当一个节点采取背叛策略而另一个节点采取合作策略时背叛节点所得到的支付,Z则是同样情况下采取合作策略的节点所得到的支付.在这个博弈中,一个节点采取背叛策略所得到的一次性收益为(W-X),背叛节点重新采取合作策略需要经过一个惩罚期,在惩罚期背叛节点所遭受的损失为(X-Z),背叛节点采取永久性的背叛策略时每个阶段的损失为(X-Y).假设在惩罚期的支付为π,其对应在惩罚期之前的值,也就是所谓的贴现值PV(PresentValue),且PV=π/(1+R).(3)ΡV=π/(1+R).(3)2.3以折现因子为条件,分析折现因子为了跟实际情况更为接近,所给模型讨论的是对方节点采取礼尚往来的策略.如果背叛一次获得的收益超过下一个惩罚期所遭受的损失的贴现值,那么节点就会采取背叛行为.这里用公式表达就是当(W-X)>(X-Z)/(1-R)时,一个节点才会背叛一个采取礼尚往来策略的对方节点.这个条件可以改写为R>X−ZW−X−1.(4)R>X-ΖW-X-1.(4)同样的,节点永久性的背叛行为会给往后的各个阶段博弈都带来损失,在对方节点采取礼尚往来策略的前提下,只有当背叛一次所得的即时收益超过无限期损失之和的贴现值时,节点采取永久性的背叛策略才是值得的.这里相当于要满足条件(W-X)>(X-Y)/R,也就是R>X−YW−X.(5)R>X-YW-X.(5)根据上面的分析表明,一个节点在决定是否采取背叛策略时,它最需要考虑的条件就是权衡背叛策略产生的即时收益和未来的损失.由式(4)、(5)以及(2)可知,它还需要考虑折现因子δ和博弈持续下去的概率p这两个因素,它们共同决定了R的取值.由式(2)可知,R+1与概率p和折现因子δ都成反比.因此,在已知p的情况下,低的有效回报率对应高的折现因子;在已知δ的情况下,低的有效回报率对应高的博弈持续下去的概率.结合图1中博弈的支付,由式(4)和(5)可知,若(W-X)的值越小,(X-Z)的值相对较大,即在W>X>Y>Z条件下,W取值越小,X取值越大,Y取值越小,Z取值越小,则节点双方合作下去的可能性就越大,这时节点间博弈持续下去的概率p也就越大,则有效收益率R就会越低,低的有效收益率就会促成节点选择合作策略,使博弈持续下去的概率提高.这表明,要使得P2P节点之间的信任博弈持续发展,必须提高对合作节点的奖励,加强对背叛节点的惩罚力度,从而形成良性循环,使得P2P网络中的信任问题得以解决,使得网络健康有序地发展下去.3策略支付的调整根据上面所建立的P2P信任博弈模型,使用仿真工具Gambit来分析验证该模型.博弈的双方节点分别记为peerA和peerB,其中合作策略记为C,背叛策略记为N,调整节点策略的支付函数来分析该模型.在W>X>Y>Z条件下,在图1中不妨假设W=9,X=8,Y=2,Z=1,在图2中不妨把节点策略的支付调整为W=10,X=5,Y=4,Z=1,经过不同策略所得支付的调整对比,图1和图2对比之下可以看出,在支付调整之前,如果节点A采取背叛策略,则节点B紧跟着节点A采取背叛策略的概率要低很多,如果这种情形下面,节点A改变策略选择合作策略,那么节点B礼尚往来也会选择合作策略,这样对P2P网络的健康发展有很大的帮助.通过图1和图2策略支付的调整,很好地验证了在W>X>Y>Z条件下,W取值越小,X取值越大,Y取值越小,Z取值越小,则节点双方合作下去的可能性就越大,所以要提高对合作节点的奖励,加强对背叛节点的惩罚力度.4存在特殊重复博弈的情况本文所提出的基于博弈论的P