張純彬 秦筱樺 郭玉翠 李騰

摘要： 在分析以往面向節(jié)點與面向資源的信任管理模型的優(yōu)點與不足的基礎(chǔ)上，提出一個新的基于聲譽的信任管理模型。該模型首先根據(jù)價值量對節(jié)點所擁有的資源進(jìn)行分類，在此基礎(chǔ)上進(jìn)而綜合考慮資源與節(jié)點的聲譽問題。模型通過節(jié)點以往交互行為的評價信息來對將要發(fā)生的行為進(jìn)行預(yù)測與判斷。此外，討論了關(guān)于聲譽值初始化的問題，使得模型更加具有實際意義。

關(guān)鍵詞： P2P網(wǎng)絡(luò)； 信任管理； 聲譽； 資源； 分類

中圖分類號：TP309.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1006-8228（2012）03-17-03

A reputation-based trust management model in P2P network

Zhang Chunbin, Qin Xiaohua, Guo Yucui, Li Teng

（School of Science, Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China）

Abstract： Based on the analysis of past resources-oriented and nodes-oriented trust management models, a new reputation-based trust management model in P2P network is proposed. The resources are classified according to their value, and the reputation of the resources and nodes is considered comprehensively. The model forecasts the coming deal using the feedback of past interactions. Meanwhile, the problem of initialization is considered, and it makes the model more practical.

Key words： P2P network； Trust management； reputation； resource； classification

0 引言

自1998年采用P2P（peer-to-peer）技術(shù)的Napster網(wǎng)絡(luò)誕生以后，P2P開始了它極富生命力的發(fā)展。德國互聯(lián)網(wǎng)調(diào)研機構(gòu)ipoque稱，P2P已經(jīng)徹底統(tǒng)治了當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)中50-90%的總流量都來自P2P[1]。P2P網(wǎng)絡(luò)讓所有的客戶端都能提供資源，包括帶寬，存儲空間和計算能力，使得它具有強大的生命力。然而，正是由于它的對等性以及開放性，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)比如數(shù)字簽名和數(shù)字身份證書等都已不能滿足其安全性要求，因此必須建立有效的信任管理機制來確保網(wǎng)絡(luò)信息安全。

國內(nèi)外不少研究人員在這一領(lǐng)域研究設(shè)計出了許多信任管理系統(tǒng)。根據(jù)管理側(cè)重點不同，可以將這些系統(tǒng)分為兩大類：基于憑證的信任管理系統(tǒng)以及基于信譽系統(tǒng)的信任管理系統(tǒng)。基于憑證的信任管理系統(tǒng)[2]主要通過頒發(fā)信任證書來實現(xiàn)權(quán)限的分發(fā)，然后通過對訪問請求、信任證書和策略表的一致性檢驗來實現(xiàn)訪問控制[3]。這類信任管理系統(tǒng)過分強調(diào)主觀性且可拓展性差?；谛抛u系統(tǒng)的信任管理模型[4]主要根據(jù)節(jié)點間的交易經(jīng)驗，通過某種算法計算出一個值作為節(jié)點的信任度（或者風(fēng)險值），再選取信任值高（或風(fēng)險值低）的節(jié)點進(jìn)行交易。此類系統(tǒng)又可分為面向節(jié)點與面向資源的模型。面向節(jié)點的模型通過以交易次數(shù)為變量的某種計算方法計算得出節(jié)點的總信任值。目前人們所研究的絕大多數(shù)模型都是面向節(jié)點。面向資源的模型的代表為XRep模型[5],這類模型對同個節(jié)點的不同資源進(jìn)行評價，選擇時只考慮資源的信任值而不考慮節(jié)點的信任值。面向資源的模型具有很多好處：一是可以有效防止錯誤、有害文件的傳播，二是可以盡快散播資源，三是可以減小網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。然而它也存在缺點，比如只考慮資源而不考慮節(jié)點的可靠性，無法有效防止惡意攻擊協(xié)同作弊[6]。綜合上述分析，本文提出了一個基于聲譽的、綜合考慮資源與節(jié)點的信任模型。本模型還考慮新加入節(jié)點信任值初始化問題，使得本模型更加符合實際情況，具有實際意義。

1 定義

為方便描述，本文以文件共享系統(tǒng)（file sharing system）為例，稱節(jié)點所索要的東西為資源，稱節(jié)點獲得所要資源的行為為交易。

①本地節(jié)點：在一次交易中向其他節(jié)點索要資源的節(jié)點。

②目標(biāo)節(jié)點：在一次交易中具有本地節(jié)點所要資源，并可能為之提供資源的節(jié)點。

③資源聲譽（SRS）：網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點對資源S的綜合評價。

④節(jié)點聲譽（RJ）：節(jié)點J中所有資源聲譽的加權(quán)平均值。

⑤交易聲譽（CT(SO，J)）：在進(jìn)行某次交易時,目標(biāo)節(jié)點J以及交易資源SO的綜合聲譽值。

⑥交易信任值（T(I，J,SO)）：在進(jìn)行某次交易時，本地節(jié)點I對本次交易的綜合評估，是它選擇交易的目標(biāo)節(jié)點的最終依據(jù)。

2 基于聲譽的信任管理模型

2.1 節(jié)點聲譽的計算

在現(xiàn)實生活中，當(dāng)甲方成功（或者失?。┑嘏c乙方進(jìn)行一次交易之后，甲方對乙方的信任度會因為交易的價值量不同而變化。同樣道理，在P2P網(wǎng)絡(luò)中，交易的價值量不同，那么此次交易完成后對節(jié)點的聲譽的影響也應(yīng)該不同，價值量越大，對節(jié)點聲譽的影響就越大。一般情況下，P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點所擁有的資源的數(shù)目是巨大的，若在計算聲譽時直接考慮每個資源的價值量，那么計算過程會相當(dāng)復(fù)雜。因此，我們對各個節(jié)點所擁有的資源要進(jìn)行分類。

2.1.1 資源的分類

根據(jù)實際情況，我們依某個標(biāo)準(zhǔn)對節(jié)點J的資源進(jìn)行基于價值量大小的分類。

記分類標(biāo)準(zhǔn)為T=（T1，T2，T3，…，Tp-1），將J的資源分為j=(j1，j2，j3…jp-1，jp)，對于j中的資源S，

其中表示資源S在分類標(biāo)準(zhǔn)T下的價值量。p類資源對應(yīng)的權(quán)重ω=（ω1，ω2，ω3……ωp-1，ωp）的計算如下：

權(quán)重

2.1.2 資源聲譽的計算

本地節(jié)點在交易完成之后要對本次資源進(jìn)行評價，評價的主題包括資源的內(nèi)容（是否真實，是否帶有病毒），對資源的滿意度（是否符合自己要求）以及對方的交易能力（下載的速度）等。評價的值稱為滿意度，記為SA(satisfaction)，值域為[0,1]。理想情況下，SA應(yīng)為[0,1]上的連續(xù)值，而在現(xiàn)實生活中，人們往往對其進(jìn)行分級。當(dāng)然，分的級數(shù)越大，越能體現(xiàn)實際情況，但如此一來便變得難以把握。因此，依照一般人們心理習(xí)慣，本模型將其分為5級,各級的值與評價詞對應(yīng)如下：

設(shè)某一資源S（在一個節(jié)點中），交易次數(shù)為n，那么此資源的聲譽

SRS = ，

其中表示第k次交易后主體節(jié)點對資源 S的評價。

2.1.3 節(jié)點聲譽的計算

記為J節(jié)點中各類資源的總體聲譽， 的計算公式為

，

其中ni為第i類資源的交易總數(shù)。

記節(jié)點J的聲譽為RJ，RJ的計算如下：

。

2.2 直接信任值的計算

當(dāng)節(jié)點I與節(jié)點J有過交易后，I對J就存在直接信任DT(I,J)。因為一個節(jié)點的聲譽是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點對其信任情況的綜合，而直接信任為某個節(jié)點對它的信任情況，所以節(jié)點聲譽與節(jié)點間的直接信任計算基本相同，計算公式為：，式中為I對J中第i類資源的評價，其中mi為I對J中第i類資源的交易總數(shù)。

2.3 交易信任值的計算

2.3.1 交易聲譽

兩個節(jié)點進(jìn)行交易時，本地節(jié)點關(guān)注的是他所要的資源的好壞，而跟其他資源沒有關(guān)系。因此，以往模型中計算信任時不考慮資源聲譽而僅僅是考慮節(jié)點聲譽的做法具有局限性。但如果只是考慮資源聲譽就沒法防止惡意攻擊以及協(xié)同作弊?？紤]到惡意攻擊以及協(xié)同作弊的規(guī)模是有限的，所以當(dāng)一個資源被評價的次數(shù)很多時，可以認(rèn)為對此資源的總的評價（即資源聲譽）是比較客觀的，具有很好的借鑒意義，而當(dāng)評價數(shù)很少時，則要重點關(guān)注節(jié)點的可靠性（即節(jié)點聲譽）。當(dāng)本地節(jié)點I需要資源 S0，并搜索到目標(biāo)節(jié)點J具有此資源，此時就應(yīng)預(yù)測本次交易的可靠性，即交易聲譽。在本模型中，交易聲譽由兩部分組成，一部分為資源的聲譽值，另外一部分為節(jié)點的聲譽值。計算方法如下：

，,

其中ns0為資源S0被評價的次數(shù)，N0為閾值。當(dāng)ns0≥N0-1時，α=1，β=0，其意義為當(dāng)資源S0被評價的次數(shù)足夠多時，我們可以認(rèn)為S0的聲譽是比較客觀的，此時可以不用考慮節(jié)點聲譽。當(dāng)ns0很小時，則有α→0，此時重點考慮節(jié)點聲譽。

2.3.2 交易信任值

假設(shè)本地節(jié)點I需要資源S0，并搜索到節(jié)點J具有此資源，那么I對J的交易信任值T(I,J,S0)計算公式為：

T(I,J,S0)=α'* DT(I,J) +β'* CT(S0,J)，

,

其中nI→J表示I對J的總交易次數(shù)，N(I)為節(jié)點I的閾值。當(dāng)I對J的總交易次數(shù)達(dá)到I自己設(shè)定的閾值N(I)時，表示I認(rèn)為自己對目標(biāo)節(jié)點J已經(jīng)有了足夠的理解，可以根據(jù)以往的經(jīng)驗對將要發(fā)生的交易進(jìn)行預(yù)測而不用參考別人的評價（即交易聲譽）。若nI→J相對于N(I)較小，表示I對目標(biāo)節(jié)點J的認(rèn)識不夠，此時需要參考交易聲譽。實際應(yīng)用時，N(I)由本地節(jié)點自身設(shè)定，若I很自信，則可將N(I)設(shè)得小一些，否則可設(shè)大一些。

2.4 聲譽值初始化問題

由于P2P的開放性，網(wǎng)絡(luò)中隨時會加入新的成員。新成員以及其擁有的資源沒有交易記錄與評價記錄，因此必須給它們的聲譽賦予一個初始值。結(jié)合實際情況，初始聲譽值的設(shè)計應(yīng)遵循如下的原則：

①初始聲譽值應(yīng)大于網(wǎng)絡(luò)中的最低值。一個新加入的節(jié)點應(yīng)該有被選中作為目標(biāo)節(jié)點的機會，否則網(wǎng)絡(luò)無法正常、健康地發(fā)展。

②初始聲譽值應(yīng)小于網(wǎng)絡(luò)中的最高值。新加入的節(jié)點、資源的可靠性以及安全性都尚未確定。若加入節(jié)點為惡意節(jié)點，資源為帶病毒資源，那么初始聲譽值過高會導(dǎo)致病毒資源短時間的大面積傳播，危害網(wǎng)絡(luò)安全。

通過檢索取得網(wǎng)絡(luò)中的各種統(tǒng)計數(shù)據(jù)，按照上述算法進(jìn)行計算機模擬，得到網(wǎng)絡(luò)中聲譽值的分布情況， 然后按照上述原則，給定某個合理的被選中概率之后便可獲得初始值的大小。

3 結(jié)束語

本模型引入了現(xiàn)實生活中“信任”的特點，對資源進(jìn)行分類，在分類的基礎(chǔ)上根據(jù)以往交易評價信息計算資源與節(jié)點的聲譽值，綜合考慮這兩者對將要發(fā)生的行為進(jìn)行預(yù)測。理論分析表明，該模型能夠有效地促進(jìn)資源共享以及防止惡意攻擊。本模型有些問題還需要進(jìn)行改進(jìn)，比如“信任”的時效性問題。有效的懲罰機制以及激勵機制也是今后需要研究的內(nèi)容。

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