基于探測(cè)和仿真的P2P用戶和網(wǎng)絡(luò)行為分析建模及安全性研究.pdf

1、近年來，P2P技術(shù)作為一種網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)之間的資源整合和分配技術(shù)，伴隨著網(wǎng)絡(luò)接入帶寬的爆炸式增長(zhǎng)和互聯(lián)網(wǎng)新應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，無論在商業(yè)運(yùn)營(yíng)、學(xué)術(shù)研究、還是社會(huì)道德領(lǐng)域都掀起了巨大的波瀾。這種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，試圖利用接入網(wǎng)絡(luò)中的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)的空閑能力（包括空閑的CPU時(shí)間、存儲(chǔ)空間、網(wǎng)絡(luò)帶寬等），通過彼此的幫助和合作，在突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中性能瓶頸的同時(shí)，也能夠高效的、可靠的、安全的完成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)階段所面臨的許多“不可能完成的任務(wù)”。同時(shí)，坐在計(jì)算機(jī)

2、之前的廣大網(wǎng)民，以多種多樣的P2P應(yīng)用為紐帶，在虛擬世界建立起信息交互和資源共享的平臺(tái)，使得冰冷的機(jī)器被賦予了某種“社會(huì)性”。充分掌握當(dāng)前各種P2P應(yīng)用的發(fā)展現(xiàn)狀，挖掘P2P用戶的行為模式，了解協(xié)議設(shè)計(jì)對(duì)于覆蓋層網(wǎng)絡(luò)特征的影響，發(fā)現(xiàn)目前P2P網(wǎng)絡(luò)中存在的安全問題，不僅能夠?yàn)镻2P網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)改進(jìn)、協(xié)議完善提供依據(jù)和方向，而且能夠?yàn)樯虡I(yè)運(yùn)營(yíng)領(lǐng)域的P2P流量評(píng)估監(jiān)控、管理維護(hù)提供方法論基礎(chǔ)。 本文中，基于互聯(lián)網(wǎng)中實(shí)際采集的P2P應(yīng)用數(shù)

3、據(jù)，并結(jié)合模擬P2P網(wǎng)絡(luò)機(jī)制和特征的仿真程序，通我們過數(shù)據(jù)挖掘分析和理論建模，主要對(duì)當(dāng)前最流行的兩種類型的P2P系統(tǒng)（文件共享系統(tǒng)和直播流媒體系統(tǒng)）進(jìn)行了一系列的研究： ●通過采自BitTorrent（簡(jiǎn)稱BT）系統(tǒng)中心服務(wù)器的用戶數(shù)據(jù)，我們對(duì)該系統(tǒng)內(nèi)的用戶特征進(jìn)行了提取和建模。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，無論用戶發(fā)布行為還是下載行為，其分布均存在類似于“至多只取一次”的“頭部平坦”特征，基于兩種行為特征的成因不同，我們提出了“非直接”選擇原理來

4、解釋用戶發(fā)布行為中出現(xiàn)的這類現(xiàn)象。此外，我們還揭示了文件壽命與用戶興趣度方面的關(guān)聯(lián)特征，以及用戶在文件共享過程中表現(xiàn)出的長(zhǎng)期共享特征等。 ●通過自行編寫爬蟲程序，我們對(duì)以PPStream（簡(jiǎn)稱PPS）為代表的直播流媒體系統(tǒng)中的大量用戶進(jìn)行了實(shí)時(shí)的跟蹤和監(jiān)測(cè)，與其它類型的P2P應(yīng)用相比，由于流媒體系統(tǒng)播放的實(shí)時(shí)性要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的獨(dú)特性會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)中的普通用戶呈現(xiàn)出一定的獨(dú)特性。通過實(shí)際數(shù)據(jù)，我們?cè)噲D揭示PPS系統(tǒng)中的用戶在地理分布、

5、連接穩(wěn)定性、用戶加入離開模式、共享特征以及拓?fù)錁?gòu)造等方面的特征。結(jié)果表明，系統(tǒng)設(shè)計(jì)通過犧牲公平性來?yè)Q取效率，系統(tǒng)整體共享效率較高，基本能夠滿足多數(shù)用戶播放的實(shí)時(shí)性要求。 ●由于P2P系統(tǒng)中用戶具有一定的自治性和社會(huì)性，所以，如何設(shè)計(jì)相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制來促進(jìn)用戶更多的參與網(wǎng)絡(luò)共享，是目前一些系統(tǒng)在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)需要考慮的問題。激勵(lì)機(jī)制的不同，所造成的直接結(jié)果就是用戶的組織方式的差異，最直接的表現(xiàn)在覆蓋層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臉?gòu)造上面。通過模擬BT系統(tǒng)

6、和CoolStreaming系統(tǒng)的連接管理機(jī)制，我們編寫仿真程序，揭示了這兩種不同類型的P2P系統(tǒng)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面的一些特征。 ●在P2P直播流媒體系統(tǒng)中，用戶緩沖區(qū)的建立和更新特征，直接影響著系統(tǒng)整體的共享效率。通過理論推導(dǎo)，我們研究了不同用戶啟動(dòng)起始點(diǎn)的選擇對(duì)于系統(tǒng)用戶播放延遲分布的影響特性。測(cè)量發(fā)現(xiàn)，用戶在選擇演播起始點(diǎn)時(shí)，一般會(huì)遵守基于“線性放置”的策略，這種策略的采用會(huì)直接影響到用戶的播放進(jìn)度分布。此外，我們還揭示了用戶

7、延遲與系統(tǒng)重要設(shè)計(jì)參數(shù)的關(guān)系，通過改進(jìn)設(shè)計(jì)參數(shù)，系統(tǒng)的性能能夠進(jìn)一步得到提升。 ●P2P系統(tǒng)的安全問題也是P2P網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的問題。在基于數(shù)據(jù)分片傳輸?shù)牧髅襟w播送系統(tǒng)的場(chǎng)景之下，如果不采取任何的防御措施，幾個(gè)“惡意污染者”相互合作，就能夠?qū)е露鄶?shù)用戶播放出錯(cuò)，甚至引起整個(gè)系統(tǒng)的癱瘓。我們提出一個(gè)校驗(yàn)機(jī)制，利用不同數(shù)據(jù)分片之間的互相關(guān)特性，通過在普通用戶的多個(gè)“鄰居”之間建立監(jiān)督網(wǎng)絡(luò)，有效的識(shí)別和及時(shí)切斷污染源。仿真顯示