一種QoS優(yōu)化的P2P網(wǎng)絡(luò)信任模型

劉海芹

聊城大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，山東省聊城市 252000；聊城大學(xué)東昌學(xué)院電子科學(xué)系，山東省聊城市 252000

一種QoS優(yōu)化的P2P網(wǎng)絡(luò)信任模型

劉海芹

聊城大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，山東省聊城市 252000；聊城大學(xué)東昌學(xué)院電子科學(xué)系，山東省聊城市 252000

近幾年，P2P網(wǎng)絡(luò)及相關(guān)技術(shù)已成為研究的重點(diǎn)之一，其中對(duì)于P2P網(wǎng)絡(luò)信任機(jī)制的研究已較為成熟，但是將信任機(jī)制與其他機(jī)制統(tǒng)籌考慮的研究還不是太多。隨著P2P應(yīng)用的不斷推廣和服務(wù)要求的不斷提高，研究并采用更為有效的策略提高P2P網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）變得尤為迫切。

P2P網(wǎng)絡(luò)；信任模型；興趣共同體；推薦信任；QoS

1 相關(guān)研究

目前對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)信任問(wèn)題的研究方法，主要是在系統(tǒng)中建立可靠的信任管理模型來(lái)解決，現(xiàn)有的信任模型有很多，可概括地分為以下幾類：

（1）基于局部推薦的信任模型，節(jié)點(diǎn)的可信度是由自身的歷史交易信息和其他節(jié)點(diǎn)的推薦信息共同計(jì)算得到的，得到的節(jié)點(diǎn)可信度較為片面。

（2）基于全局推薦的信任模型，通過(guò)迭代方法計(jì)算節(jié)點(diǎn)的全局可信度，這樣得到的可信度較為全面，但是這種模型計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)大，消息復(fù)雜度高。

（3）基于信譽(yù)的信任模型，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有兩個(gè)全局值，信譽(yù)值和信任值。節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)值用于衡量節(jié)點(diǎn)提供高質(zhì)量服務(wù)的可能性，節(jié)點(diǎn)都希望自己擁有較高的信譽(yù)值。對(duì)提供不真實(shí)反饋信譽(yù)值的節(jié)點(diǎn)，降低其信任值，使其難以獲得其所需服務(wù)。

對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的研究，以往較多的集中于P2P的快速發(fā)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)中其他應(yīng)用服務(wù)質(zhì)量所造成的沖擊上，P2P系統(tǒng)本身的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題也非常重要，包括如何增強(qiáng)系統(tǒng)的健壯性，防止節(jié)點(diǎn)退出造成服務(wù)質(zhì)量下降；部署合適的節(jié)點(diǎn)選擇機(jī)制，保證文件下載中良好的下載速度、流媒體應(yīng)用中流暢的觀看體驗(yàn)等。一些學(xué)者提出了基于P2P流媒體的QoS（服務(wù)質(zhì)量）技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法[2]，但很少有人在對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)信任模型的研究中引入QoS因素。

2 興趣共同體和QOS

興趣共同體(interest Community)是指在P2P網(wǎng)絡(luò)中興趣相似的節(jié)點(diǎn)組成的群體。此處的興趣指的是節(jié)點(diǎn)對(duì)不同資源內(nèi)容的興趣。節(jié)點(diǎn)搜索資源時(shí)首先在其所在的興趣共同體中進(jìn)行，如果失敗，則搜索共同體之外的節(jié)點(diǎn)資源。這種策略可以提高節(jié)點(diǎn)之間發(fā)生重復(fù)交易的概率。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)根據(jù)興趣相似的原則組成若干群組，即本課題中的興趣共同體。

P2P網(wǎng)絡(luò)中特定的不同類型的服務(wù)要求就是QoS（Quality of Serv ice），即服務(wù)質(zhì)量。文件下載應(yīng)用系統(tǒng)中對(duì)QoS產(chǎn)生影響的因素包括自組織能力、負(fù)載均衡等系統(tǒng)因素和“搭便車(chē)”、“內(nèi)容污染”等人為因素。

3 QOS優(yōu)化的信任模型設(shè)計(jì)

本文提出的信任模型是在基于興趣共同體的基礎(chǔ)上，又考慮了節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)行為的不同，還在信任值的計(jì)算中引入影響QOS的因素。對(duì)推薦信任值的計(jì)算不是由訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)或推薦節(jié)點(diǎn)單個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算完成，而是二者共同負(fù)責(zé)完成，因此提出了第一推薦信任值和第二推薦信任值的概念，從而可以防止節(jié)點(diǎn)篡改自身推薦信任值的惡意行為的發(fā)生。

3.1 節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系

每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以作為服務(wù)節(jié)點(diǎn)又可以作為訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)，還可以為其他節(jié)點(diǎn)提供推薦，這里假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)作為推薦節(jié)點(diǎn)時(shí)，都擁有全局一致的推薦信任值。以P2P文件共享系統(tǒng)為例，該模型中節(jié)點(diǎn)間的信任關(guān)系如下圖所示：

在圖1中，Peer i 作為訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)，Peer j是興趣共同體之外的服務(wù)節(jié)點(diǎn)， Peer n、Peer m是興趣共同體之內(nèi)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)服務(wù)節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)一個(gè)推薦節(jié)點(diǎn)集合，集合中包含所有曾經(jīng)與服務(wù)節(jié)點(diǎn)交互過(guò)的訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)可以得到對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)的推薦信任評(píng)價(jià)。從Peer i發(fā)起文件查詢請(qǐng)求到Peer i選擇為其服務(wù)的節(jié)點(diǎn)并更新信任值的過(guò)程如下：

第1步：P2P網(wǎng)絡(luò)中的Peer i首先在興趣共同體內(nèi)部發(fā)起文件查詢請(qǐng)求。

第2步：假設(shè)Peer i收到Peer m和Peer n的應(yīng)答。

第3步：Peer i對(duì)收到的所有應(yīng)答，從它們的推薦節(jié)點(diǎn)中取得其第一推薦信任值，從推薦節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)中取得推薦節(jié)點(diǎn)的推薦可信度，結(jié)合第一推薦信任值計(jì)算出第二推薦信任值。計(jì)算本地直接信任值，結(jié)合第二推薦信任值和評(píng)價(jià)行為相似度計(jì)算出最終選擇服務(wù)節(jié)點(diǎn)所依據(jù)的最終信任值，假如此處選擇了Peer n進(jìn)行下載。

第4步：Peer i對(duì)本次交易進(jìn)行評(píng)價(jià)，并更新相應(yīng)的信任記錄。

第5步：如果Peer i在興趣共同體內(nèi)部發(fā)起文件查詢請(qǐng)求后沒(méi)有得到回應(yīng)，那么它將向興趣共同體以外的節(jié)點(diǎn)發(fā)起文件查詢請(qǐng)求。如果收到應(yīng)答則執(zhí)行第3步和第4步。

3.2 信任信息的存儲(chǔ)和影響QoS因素的引入

P2P網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)既可以做服務(wù)節(jié)點(diǎn)又可以做訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)，本文還賦予了節(jié)點(diǎn)一個(gè)推薦信任度管理者的角色，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的推薦可信度值都在它的一個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)，這樣避免了服務(wù)節(jié)點(diǎn)自己修改自己的推薦信任度。

本文中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有三個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：若干鄰居節(jié)點(diǎn)的推薦可信度表，評(píng)價(jià)行為權(quán)重設(shè)置表，本地對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)信任評(píng)價(jià)和QoS評(píng)分表。評(píng)價(jià)行為權(quán)重設(shè)置表存儲(chǔ)的是本節(jié)點(diǎn)作為推薦節(jié)點(diǎn)時(shí)，它的評(píng)價(jià)行為的權(quán)重設(shè)置情況，包括評(píng)價(jià)行為種類及其對(duì)應(yīng)的權(quán)重。它和另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)行為相似度采用余弦相似度函數(shù)來(lái)計(jì)算。本地對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)信任評(píng)價(jià)和QoS評(píng)分表如下表所示：

表1 本地對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)信任評(píng)價(jià)和QoS評(píng)分表

本地節(jié)點(diǎn)作為訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)時(shí)，Spi表示本地節(jié)點(diǎn)從服務(wù)節(jié)點(diǎn)Ri成功下載的次數(shù)，F(xiàn)pi表示本地節(jié)點(diǎn)從服務(wù)節(jié)點(diǎn)R i下載失敗的次數(shù)，Dpi表示本地節(jié)點(diǎn)對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)Ri的直接信任評(píng)價(jià)。

內(nèi)容污染(con ten t pollution )：內(nèi)容污染是指：用戶用相同標(biāo)題的不可用版本插入到網(wǎng)絡(luò)中，降低網(wǎng)絡(luò)的可用性。這樣不利于P2P文件共享系統(tǒng)的運(yùn)行。這里為這種行為評(píng)分，是從個(gè)人行為監(jiān)督方面著手，減少其發(fā)生概率。

3.3 信任值的計(jì)算

定義1 Dpi表示本地節(jié)點(diǎn)對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)Ri的直接信任評(píng)價(jià)，其值是本地節(jié)點(diǎn)從服務(wù)節(jié)點(diǎn)成功下載的次數(shù)占總下載次數(shù)的比例。

定義2 第一推薦信任值FRV的計(jì)算由推薦節(jié)點(diǎn)完成。推薦節(jié)點(diǎn)搜索自己本地的對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)信任評(píng)價(jià)和QoS評(píng)分表，發(fā)現(xiàn)對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)j的評(píng)價(jià)記錄后，會(huì)進(jìn)行如下計(jì)算：

F R V r j=D r j×S T r j×N V r j(1)

STrj表示該推薦節(jié)點(diǎn)r對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)j的穩(wěn)定性評(píng)分，ST r j∈[0,1]；NV r j表示該推薦節(jié)點(diǎn)r對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)j的內(nèi)容污染方面的評(píng)分，NV r j∈[0,1]。

定義3 第二推薦信任值SRV由訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算完成。訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)首先訪問(wèn)推薦節(jié)點(diǎn)r中的表1，根據(jù)“存放本節(jié)點(diǎn)推薦可信度的鄰居IDn”找到節(jié)點(diǎn)r的推薦可信度B r。

定義4 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)ij間的評(píng)價(jià)行為相似度根據(jù)余弦相似函數(shù)來(lái)計(jì)算。

兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的BSij值愈大，說(shuō)明它們的評(píng)價(jià)行為相似度越高。

定義5 綜合推薦信任值CRV由訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)根據(jù)公式(5)計(jì)算完成。

其中，I(j)為服務(wù)節(jié)點(diǎn)j的推薦節(jié)點(diǎn)集合，該集合的節(jié)點(diǎn)可以提供對(duì)服務(wù)節(jié)點(diǎn)j的推薦信息。訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)選擇服務(wù)節(jié)點(diǎn)時(shí)，更傾向于行為相似的推薦節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)。

定義6 最終信任值Tp j由訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)計(jì)算完成。

其中λ表示訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)對(duì)直接信任和間接信任的側(cè)重程度，其值可以改變。

4 結(jié)論

建立信任模型時(shí)，在節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)進(jìn)出網(wǎng)絡(luò)頻繁的情況下，信任模型的容錯(cuò)性或健壯性就需要特別強(qiáng)調(diào)。本文雖然提出了一些觀點(diǎn)，比如通過(guò)相互監(jiān)督的機(jī)制來(lái)提高信任模型的健壯性和安全性，但提高幅度還不是太大。以上各個(gè)方面的問(wèn)題有待進(jìn)一步深入研究。

[1]Altman J.,PKI security for JXTA overly networks[R],Technical Report,Sun Microsystem,2003

[2]張二萌，張新家，張?zhí)炝x，張國(guó)旺.一種基于P2P流媒體傳輸?shù)腝oS技術(shù)與實(shí)現(xiàn)方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程.2008，8(8)：2107-2111

[3]于真，鄭雪峰，王少杰，劉海燕，王穎.P2P信任模型研究[J] .小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng).2009，30(9)：1715-1719

[4]Zeng L Z, Benatallah B, Ngu A H H, et al.QoS-aware middleware for web services composition[J]. IEEE Transactions on Software Engineering, 2004,30(5):311-327

10.3969/j.issn.1001-8972.2011.10.072

劉海芹 研究生 講師

研究方向：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全。