對等網(wǎng)中數(shù)據(jù)管理的容錯技術(shù)研究.pdf

1、對等網(wǎng)環(huán)境中節(jié)點動態(tài)性高、可靠性低的特點使得其中的數(shù)據(jù)管理必須考慮容錯。對等網(wǎng)領域早期的數(shù)據(jù)容錯研究集中在數(shù)據(jù)的可用性與持久性上，主要討論數(shù)據(jù)存儲、定位與查詢的容錯技術(shù)，包括網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)、消息路由算法、數(shù)據(jù)編碼方式、分發(fā)策略、恢復時機等等。隨著對等網(wǎng)及其應用的不斷發(fā)展，其中的數(shù)據(jù)管理需求也由數(shù)據(jù)傳輸、定位、查詢、可靠存儲逐漸拓展至數(shù)據(jù)一致性、正確性與保密性的維護。針對對等網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)管理的新需求，分析了對等網(wǎng)數(shù)據(jù)管理所遇到的挑戰(zhàn)，研究了對

2、等網(wǎng)中副本更新、并發(fā)控制與密鑰保護的容錯技術(shù)，提出了對應的解決方案。
　　 針對數(shù)據(jù)副本的更新問題，提出了一個副本一致性管理框架。該框架提供一組相容的讀寫協(xié)議，由弱至強分別保證副本操作的安全一致性、正規(guī)一致性與線性一致性。允許應用在數(shù)據(jù)一致性與性能之間進行自主權(quán)衡，并允許應用動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)的一致性級別。通過混合失效模型，既實現(xiàn)了對拜占庭失效的容錯，又有效的降低了系統(tǒng)容錯所需的節(jié)點數(shù)量與存儲空間。在操作無沖突時使用Quorum 系統(tǒng)

3、實現(xiàn)容錯，檢測到副本狀態(tài)不一致后切換至狀態(tài)機方式工作，各服務節(jié)點間協(xié)商確定數(shù)據(jù)的正確狀態(tài)，使副本重新一致。該框架既擁有Quorum 系統(tǒng)消息數(shù)少、操作響應快、節(jié)點負載低的優(yōu)點，同時也具備狀態(tài)機方法在爭用頻繁時性能穩(wěn)定的特點，可明顯改善系統(tǒng)的可伸縮性，減少系統(tǒng)的容錯開銷，能較好的應用于對等網(wǎng)環(huán)境。
　　 為支持涉及多數(shù)據(jù)對象的復雜事務，提出了一組高效可靠的數(shù)據(jù)訪問協(xié)議，實現(xiàn)了對等網(wǎng)中容錯的并發(fā)控制。首先，針對良性失效環(huán)境下的對等網(wǎng)

4、絡提出了健忘失效模型，更準確的描述了失效節(jié)點的行為特征。其次，使用對象的管理節(jié)點維護涉及該對象的事務信息，客戶節(jié)點通過管理節(jié)點獲取與其發(fā)生爭用的節(jié)點信息，并主動與之協(xié)商解決爭用問題，在缺少全局的事務協(xié)調(diào)者的網(wǎng)絡環(huán)境中實現(xiàn)了并發(fā)控制。再次，使用組播樹的方式對請求進行多播，有效減少了單次操作的網(wǎng)絡開銷。
　　 接著，通過為請求設立租期的方式，有效實現(xiàn)了對客戶節(jié)點失效的容錯?；诜怄i的悲觀并發(fā)控制協(xié)議在當前擁有封鎖的節(jié)點上維護封鎖隊列

5、，釋放封鎖的同時即申請新的封鎖請求，在高負載環(huán)境下表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。在爭用協(xié)調(diào)的同時以邊界跟蹤的方式檢測死鎖，當發(fā)現(xiàn)潛在的死鎖環(huán)后使用路徑推動算法在候選節(jié)點間確定死鎖，減少死鎖檢測時間的同時限制了解決死鎖的網(wǎng)絡開銷?；诎姹镜臉酚^并發(fā)控制協(xié)議利用同一事務所產(chǎn)生的對象版本號在不同對象的不同版本間建立邏輯上的先后關(guān)系，并以其為基礎推理事務之間的依賴關(guān)系，實現(xiàn)了事務并發(fā)執(zhí)行的亞可串行化。
　　 針對對等網(wǎng)中密鑰信息存儲問題，提出了一個

6、基于身份的動態(tài)安全的多秘密共享方案，并對其正確性與安全性進行了分析與證明。首先，使用基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)避免了公鑰與實體身份的綁定問題。其次，通過聯(lián)合秘密共享與密鑰協(xié)商算法將管理節(jié)點的功能分布至一組節(jié)點上予以實現(xiàn)。再次，構(gòu)造公開可驗證的加密與零知識證明，有效的對抗了成員欺騙，去除了對可信第三方的要求。最后，采用多副本形式管理系統(tǒng)參數(shù)與組參數(shù)，使完成任何操作均只需門限個誠實節(jié)點即可，且無需同時在線。方案允許動態(tài)的添加與移除成員、動態(tài)的改