結(jié)構(gòu)化P2P網(wǎng)絡(luò)的安全高效路由算法研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)化P2P 網(wǎng)絡(luò)中的各對(duì)等節(jié)點(diǎn)，必須嚴(yán)格遵循某種確定的邏輯關(guān)系（如DTH表）來(lái)構(gòu)成鄰居節(jié)點(diǎn)之間的互聯(lián)。如果這種邏輯關(guān)系遭到攻擊或破壞，將嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)化P2P 網(wǎng)絡(luò)的正常路由安全、或嚴(yán)重降低路由效率。因此安全路由和高效路由算法成為近年來(lái)結(jié)構(gòu)化P2P 網(wǎng)絡(luò)的前沿研究熱點(diǎn)。
　　 當(dāng)前，結(jié)構(gòu)化P2P 網(wǎng)絡(luò)路由安全算法的研究主要針對(duì)某種獨(dú)立攻擊，例如蠕蟲(chóng)、僵尸、分布式拒絕服務(wù)攻擊或身份攻擊的檢測(cè)與防范，然而，一方面，這些方法只能被動(dòng)地

2、應(yīng)對(duì)某一類(lèi)攻擊，而對(duì)其它類(lèi)型的攻擊則沒(méi)有任何作用，缺乏主動(dòng)、廣譜的檢測(cè)與防御機(jī)制，而且也較少考慮路由算法的可靠性與安全開(kāi)銷(xiāo)。另一方面，很多算法常常會(huì)隨著熱點(diǎn)資源下載以及網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大而導(dǎo)致系統(tǒng)性能大幅度下降，進(jìn)而引起P2P 網(wǎng)絡(luò)的抗攻擊性降低，因而也不能真正解決P2P 網(wǎng)絡(luò)的路由安全問(wèn)題。
　　 提出了一種具有廣譜檢測(cè)功能的主動(dòng)安全路由算法：RAPD（Routing Algorithmbased on Positive Detec

3、tion）。常見(jiàn)的P2P 路由攻擊模式存在如下幾個(gè)共同特征：利用惡意節(jié)點(diǎn)（包括被病毒劫持的節(jié)點(diǎn)）發(fā)動(dòng)攻擊；惡意節(jié)點(diǎn)的數(shù)量是影響攻擊效果的主要因素；路由攻擊主要呈現(xiàn)三種方式：不轉(zhuǎn)發(fā)路由信息、胡亂轉(zhuǎn)發(fā)路由信息和篡改路由信息。RAPD算法周期性地沿著每條路由路徑發(fā)出探測(cè)包。探測(cè)包由一個(gè)記錄路由跳數(shù)的隨機(jī)正整數(shù)X和若干個(gè)層層加密的二元組〈下一跳地址，公鑰〉構(gòu)成。
　　 各中繼節(jié)點(diǎn)用自己的私鑰解開(kāi)探測(cè)包中的對(duì)應(yīng)層，處理屬于自己的信息，目標(biāo)

4、節(jié)點(diǎn)則取出探測(cè)包中嵌套加密的X 序列，簽名后沿原路由路徑傳回去。在探測(cè)包的轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中，如果有惡意節(jié)點(diǎn)發(fā)動(dòng)上述三類(lèi)攻擊，RAPD算法能通過(guò)二次重發(fā)探測(cè)包、密鑰匹配、檢查X 值序列等方法把它們檢測(cè)出來(lái)，然后啟動(dòng)路由重置避開(kāi)它們，從而保障路由路徑的安全。由于是針對(duì)路由攻擊的共性而設(shè)計(jì)，RAPD算法能對(duì)付現(xiàn)有的和將來(lái)可能出現(xiàn)的多種路由攻擊，具有良好的廣譜檢測(cè)性能。RAPD算法首次引入了“流言”機(jī)制：在P2P 網(wǎng)絡(luò)原有的周期性拓?fù)渚S護(hù)信息中“夾帶

5、”上述探測(cè)包，既避免對(duì)原有協(xié)議做過(guò)多的改動(dòng)又能防止惡意節(jié)點(diǎn)識(shí)別出探測(cè)包，從而大幅度降低了探測(cè)開(kāi)銷(xiāo)，提高了探測(cè)的可靠性，而且保障了與原有路由算法的兼容性。
　　 提出了一種層次化路由容錯(cuò)算法：FTARH（Fault-tolerant Algorithm of Routingbased on Hiberarchy）。它先把無(wú)結(jié)構(gòu)的de Bruijn圖改造成一種結(jié)構(gòu)化非均勻的有向圖，以匹配實(shí)際的P2P 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)狀況，再把P2P 網(wǎng)絡(luò)拓

6、撲分裂成兩個(gè)具有緊密連通性的de Bruijn 子圖，其中一個(gè)由性能較好的節(jié)點(diǎn)組成，另一個(gè)由性能較差的節(jié)點(diǎn)組成，高性能節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)主干路由信息和資源分布信息的更新，以及局部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的維護(hù)，并向低性能節(jié)點(diǎn)提供路由信息或數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)服務(wù)，以充分發(fā)揮高性能節(jié)點(diǎn)強(qiáng)大工作能力的方式提高系統(tǒng)的路由容錯(cuò)性能。此外，還專(zhuān)門(mén)提出了備用節(jié)點(diǎn)的概念，防止一個(gè)高性能節(jié)點(diǎn)的突然失效導(dǎo)致局部網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)時(shí)間的混亂。
　　 提出了一種基于地址空間動(dòng)態(tài)分配的負(fù)載均衡算法

7、：DAASLB（Load-balanceAlgorithm based on Dynamic Assignment of Address Space）。它不是依據(jù)結(jié)構(gòu)化P2P算法中“資源在節(jié)點(diǎn)上均勻分布”、“節(jié)點(diǎn)在地址空間上均勻分布”兩條并不符合實(shí)際的假設(shè)，而是依據(jù)節(jié)點(diǎn)的帶寬、負(fù)載能力、資源下載熱度、拓?fù)湮恢玫葘?shí)際狀況，并先用這些量化的狀況為其分配一小段連續(xù)的、永久的ID 地址空間，然后使用改進(jìn)的虛擬服務(wù)器技術(shù)把一個(gè)物理節(jié)點(diǎn)映射成若干個(gè)

8、虛擬節(jié)點(diǎn)，每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)占用一個(gè)ID 地址，承擔(dān)一部分載荷，并在P2P 網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)一個(gè)真實(shí)的節(jié)點(diǎn)來(lái)運(yùn)行。最后根據(jù)物理節(jié)點(diǎn)的性能或網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的變化，動(dòng)態(tài)調(diào)整虛擬節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，以實(shí)現(xiàn)載荷調(diào)整，智能轉(zhuǎn)移負(fù)載的目的。模擬實(shí)驗(yàn)表明，DAASLB算法具有收斂速度快、開(kāi)銷(xiāo)小、負(fù)載均衡度高等優(yōu)點(diǎn)，大幅度提高了系統(tǒng)的承載能力和運(yùn)行效率。
　　 提出了一種地理測(cè)距的拓?fù)淦ヅ渌惴ǎ篢MAGDM（Topology-matching Algorithmbase

9、d on Geography-distance Measurement）。它先給出了一種改進(jìn)的全局網(wǎng)絡(luò)定位（GNP）方法，然后利用這個(gè)方法把每個(gè)物理節(jié)點(diǎn)映射成N 維幾何空間中的一個(gè)點(diǎn)，并在幾何點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算中首次同時(shí)引入延遲和帶寬作為主要參數(shù)，使幾何點(diǎn)之間的邏輯距離基本對(duì)應(yīng)了物理節(jié)點(diǎn)之間的地理距離，并據(jù)此建立和更新每個(gè)節(jié)點(diǎn)的路由表，從而大幅度提高了邏輯拓?fù)渑c物理拓?fù)涞钠ヅ涑潭?，提高了P2P 網(wǎng)絡(luò)的定位效率，從而有效防止攻擊者利用拓?fù)洳黄ヅ?/p>