（计算机软件与理论专业论文）基于模糊理论的p2p信任模型的研究.pdf

南京邮电大学硕士研究生学位论文中文摘要 中文摘要 p 2 p 是近些年发展起来的网络技术，目前在很多领域得到了应用，逐渐成为业界研究 与关注的一个焦点。但是p 2 p 网络发展和壮大的过程中，产生了一系列急需研究和解决 的问题，其中最重要和常见的一个问题就是安全问题。信任管理技术是解决p 2 p 安全问 题的主要方面，虽然国内外目前对信任管理技术的研究很多且取得了一些的成就，但仍然 存在信任完整性不足和错误推荐等等问题。 本文在分析研究已有信任模型的基础上，提出了一种基于模糊理论的p 2 p 安全信任 模型。模型根据实际情况将信任度分为主观信任度和客观信任度两种，分别计算这两种信 任度，最后将计算结果加权累加，从而得到最终的信任度。对于主观信任度，根据其它节 点的历史评价和可信推荐来计算，计算方法借鉴已有研究中的一些全局信任度计算方法； 对于客观信任度，首先对于可能影响到信任度评价的所有客观因素进行统计和分类，并对 各种类型的影响因子加权，利用模糊集合关系理论对这些客观因素的值进行计算，这样就 得到了在这些客观因素影响下的客观信任度的值。模型相比于已有研究，充分考虑到客观 因素对信任度的影响，本文最后的实验仿真表明该模型能有效地管理p 2 p 节点间的信任 关系，提高了交易的安全性。 关键词：对等网络，模糊理论，信任模型 a b s t r a c t p 2 pi sat e c h n o l o g yo fn e t w o r kw h i c hi sd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s n o wi th a sb e e n a p p l i e dt om a n yf i e l d s ，a n db e c a m ear e s e a r c h f u la n dc o n c e r n e df o c u s h o w e v e r , d u r i n gt h e p r o c e s so fd e v e l o p m e n ta n dg r a n d n e s si np 2 p , t h e r ea l s ob r i n gu ps o m ep r o b l e m sn e e d e dt ob e s t u d i e da n ds o l v e du r g e n t l ya m o n gw h i c ht h em o s ti m p o r t a n ta n dc o m m o n l yq u e s t i o ni st h e s e c u r i t y t h et e c h n o l o g yo ft r u s t - m a n a g e m e n ti sam a i n l ya s p e c tf o rs o l v i n gt h es e c u r ep r o b l e m o fp 2 p a th o m ea n da b r o a d ，t h e r ea r em a n yr e s e a r c h e sf o rt h et e c h n o l o g yo ft r u s t m a n a g e m e n t a n do b t a i ns o m ea c h i e v e m e n t w h e r e a s ，t h e r ea r es t i l ls o m es h o r t a g e s ，s u c ha sn oe n o u g h c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o na n dw r o n gr e c o m m e n d a t i o na n ds oo n g r o u n do nm a n yr e s e a r c ha n da n a l y s i sa b o u tt h et r a d i t i o n a lt r u s tm o d e l ，t h i s p a p e r p r e s e n t sak i n do fp 2 pt r u s tm o d e lb a s e do nf u z z yt h e o r y t h et r u s tm o d e ld i v i d et h ep 2 p r e p u t a t i o ni n t ot w ok i n d sa c c o r d i n gt ot h er e a ln e t w o r k ：s u b j e c t i v er e p u t a t i o na n do b j e c t i v e r e p u t a t i o n w ec a l c u l a t et h e s et w or e p u t a t i o nv a l u er e s p e c t i v e l y f i n a l l y ，a d dt h ec a l c u l a t i v e r e s u l t sp l u sw e i g h t ，t og a i nt h ef i n a lr e p u t a t i o n f o rt h ef o r m e r , t h ev a l u ei sc a l c u l a t e db yt h e h i s t o r i c a le v a l u a t i o n sa n dr e c o m m e n d a t i o n so ft h eo t h e rn o d e s ，a n dt h i sp a r ti s c o m p l e t e d m a i n l yb yc i t i n gt r a d i t i o n a lr e s e a r c h e s ；f o rt h es e c o n d ，w el i s ta n ds o r tt h ef a c t o r st h a tc a n i n f l u e n c er e p u t a t i o n f i r s t l y , t h e nm a k es u r et h ed e s t i n yo fe v e r yf a c t o ra n dc a l c u l a t et h e o b j e c t i v er e p u t a t i o nb yf u z z yi n t e g r a t e de v a l u a t i o n t h e nt h et o t a lr e p u t a t i o nc a l lb ec a l c u l a t e d b yt h ef o r m e rt w ov a l u e s c o m p a r e dw i t ht h et r a d i t i o n a lt r u s tm o d e l ，t h em o d e li nt h i sp a p e r e v a l u a t en o d e sr e p u t a t i o nm o r ec o m p r e h e n s i v e l yw i t ho b j e c t i v ef a c t o r s a tl a s t ，s i m u l a t i o n s s h o wt h a tt h em o d e lc a nm a n a g et r u s tr e l a t i o n si nt h ep 2 p s y s t e m se f f e c t i v e l ya n dm a k eb a r t e r m o r es e c u r e l y k e y w o r d s ：p e e r - t o - p e e r ，f u z z yt h e o r y ，t r u s tm o d e l i i 南京邮电大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：j 缉日期：丝型蚴3 南京邮电大学学位论文使用授权声明 南京邮电大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留 本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其 他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权 南京邮电大学研究生部办理。 一张鲜名：碰魄一 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一章引言 1 1 课题背景 第一章引言 近些年来，随着信息技术的迅猛发展，分布式网络计算也正在经历着一场深刻的变革。 网格计算，p 2 p ( p e e r - t o p e e r ) 计算，普及计算已经成为学术领域和工业领域的研究热点。 在这些许许多多的分布式计算架构中，p 2 p 技术就是其中种很有发展前景的技术。p 2 p 通 常也称为对等网，在p 2 p 系统中所有的节点是对等的，可以充分利用网络中的空闲资源，实 现更加灵活和有效的资源共享【1 】。在p 2 p 架构中，传统的在客户端与服务器端或者中间层 之间的分明的差别消失了，每一个在p 2 p 系统中的节点都同时扮演着客户端和服务器端的 角色，每个对等点都能够发布和定位资源【2 。p 2 p 直接将人们联系起来，让人们通过互联 网直接交互。p 2 p 使得网络上的沟通变得容易、更直接共享和交互，真正地消除中间商。p 2 p 网络的应用非常广泛，如文件共享、对等计算、协同工作、即时通讯等【3 】，这些应用给 广大用户带来了极大的便利和享受，出现了诸如b i t c o m e t 、比特精灵、e d o n k e y 、k a z a a 、e m u l e 等许多流行的软件。但是目- f i i f p 2 p 系统并没有能够真正充分的挖掘出i n t e r n e t 所蕴涵的 巨大计算能力和海量的信息资源，其主要原因之一就是p 2 p 的安全问题还没有得到很好的 解决【2 】，这主要表现在信任管理没有得到很好的解决以及在信任管理的基础上激励机制不 够完善。 p 2 p 网络的分布式以及开放性的特点，决定了其具有高度的动态性、自治性和异构性， 且存在很大的随机性和不确定性，缺乏必要的安全保障及控制机制，网络结构脆弱，容易 受到攻击，存在着大量的恶意节点，搭便车( f r e e r i d i n g ) 、公共悲剧( t r a g e d yo f c o m m o n s ) 、 虚假文件( f a k e f i l e ) 、共谋( c o l l u s i o n ) 和不合作( n o n c o o p e r a t i o n ) 等问题没有得到很 好的解决 4 ，5 ，6 】。例如，一个恶意的节点中途截听请求者和服务提供者之间的消息，重写 消息中原来的服务提供者的i p 地址和端口，而代之以自己的i p 地址和端口，这样它就可 以伪造从服务提供者那里传来的原始内容，修改甚至代替成自己的内容发送给请求者，以 众多的文件共享应用为例，2 5 的文件是伪造文件( f a k e df i l e s ) ，同时，不负责任的用户 随意中止( 文件上载) 服务使得服务质量无法得以较好的保证。 第1 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第一荦引言 每个实体( p e e r ) 参与p 2 p 网络是随机的、自愿的，并且不同的实体有不同的能力和 可靠性，实体间的关系更接近现实的错综复杂的社会关系【7 】。对等网中缺乏集中监控机 制和公认的可信第三方权威，因此传统的集中式安全基础设施( 例如p k i 8 i 和k e r b e r o s 9 ) 都不再适用。这使得对等网中的信任管理变得非常困难，称为当今p 2 p 技术研究的一个 难点和热点。 1 2 课题来源及研究目标 本课题来源于华为基金项目基于重叠网络的p 2 p 安全模型的研究，该项目从p 2 p 流量的控制、p 2 p 中节点的身份认证以及p 2 p 的信任模型三个方面进行了研究，本论文中 的内容属于该项目中一个方面，目标在于研究一种基于p 2 p 模式下的信任管理技术，比 已有技术具有更高的安全性和准确性。本人在项目中主要负责p 2 p 信任模型的研究。以 在此项目中参与的工作和研究成果为基础，本文对基于模糊理论的p 2 p 信任模型进行了 研究。 1 3 本文组织 全文共分六个章节，内容组织如下： 第一章介绍了本课题的背景、来源，并给出了本文组织。 第二章介绍了本文所用到的相关技术，包括p 2 p 相关技术、模糊理论及其应用以及 p 2 p 信任管理模型的研究和发展，详细介绍了p 2 p 的概念、特点、发展及其带来的安全隐 患，分析了目前几种主要的信任模型，并对他们的优缺点进行评价。 第三章在介绍主观信任度的计算方法。以个人交互度、推荐信任度、推荐可信度、交 互信任度来计算主观信任度。 第四章详细介绍了基于模糊理论的客观信任度计算及信任管理。通过数学抽象定义出 影响信任度的客观因素，在统一量纲映射的基础上通过模糊理论对信任度进行计算。 第五章对基于模糊理论的p 2 p 信任模型及所采用的算法进行了理论上的性能分析和 多个方面的仿真，通过与现有安全模型进行比较，可以看出本文提出的安全信任模型的性 能较现有的安全模型有了很大的改善。 第六章总结了本文所做的工作，并对该课题进一步研究的方向进行了展望。 第2 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 2 1p 2 p 相关技术简介 2 1 1p 2 p 的概念及应用 第二章相关技术简介 p 2 p ( p 2 p ) 即对等网络，它可以简单地定义为通过直接交换信息，共享计算机资源 和服务的网络，对等计算机兼有客户机和服务器的功能【2 】，它同时具有服务器和客户端 的身份。对等点之间通过直接互连实现信息资源、处理器资源、存储资源甚至高速缓存资 源等的全面共享，无需依赖集中式服务器支持，消除信息孤岛和资源孤岛0 0 。p 2 p 技术 与c s 模式的根本区别在于两者的拓扑结构不同，或者说两个系统中节点的连接方式不同 1 l ，1 2 。p 2 p 的构架方式是随着p 2 p 技术发展而发展的，从最开始的集中式结构，到后来 的完全分布式模式，再到现在流行的混合模式，各有其优点和不足之处。 最开始的集中管理模式节点之间的每一次交互必须与服务器有关，由服务器作为中介 来完成，虽然管理方便，但缺乏灵活性，没有真正的实现p 2 p 。由于最初的集中式方式太 过于封闭，所以后来出现了完全开放的p 2 p 框架分布式p 2 p 框架，但是由于其节点 之间关系完全对等，没有重心，所以容易出现管理混乱，内容冗余等不足。随着p 2 p 技 术的进一步发展，出现了介子集中和分布之间的混合模式，由于结构中有集中的因素，所 以便于管理和维护，而且因为节点间的交互一旦连接上，不需要中心节点介入，又具有很 好的灵活性，现阶段正被广泛的使用中 1 3 】。 目前，对等网络的应用主要体现在对等计算、协同工作、搜索引擎、文件交换等方面， 此外，还有诸如边缘服务、智能代理、实时通信技术和广域网络存储系统等其它几种应用 方式。另据报道，美国c y b i k o 及瑞典p o c il a b s a b 等公司正试图将p 2 p 技术应用到无线 通信中，使得不必经过基站就可连接具有无线通信功能的移动终端 1 4 。 2 1 2p 2 p 系统的特点 与其它网络模型相比，p 2 p 系统具有以下特点【1 5 】： 第3 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介 分散化( d e c e n t r a l i z a t i o n ) 网络中的资源和服务分散在所有节点上，信息的传输和服务的实现都直接在节点之间 进行，可以无需中间环节和服务器的介入，避免了可能的瓶颈。即使是在混合p 2 p 中， 虽然在查找资源、定位服务或安全检验等环节需要集中式服务器的参与，但主要的信息交 换最终仍然在节点中间直接完成。这样就大大降低了对集中式服务器的资源和性能要求。 分散化是p 2 p 的基本特点，由此带来了其在可扩展性、健壮性等方面的优势。 可扩展性 在传统的c s 架构中，系统能够容纳的用户数量和提供服务的能力主要受服务器的资 源限制。而在p 2 p 网络中，随着用户的加入，不仅服务的需求增加了，系统整体的资源 和服务能力也在同步地扩充，始终能较容易地满足用户的需要。即使在诸如n a p s t e r 1 6 】 等混合型架构中，由于大部分处理直接在节点之间进行，大大减少了对服务器的依赖，因 而能够方便地扩展到数百万个以上的用户。而对于纯p 2 p 来说，整个体系是全分布的， 不存在瓶颈。理论上其可扩展性几乎可以认为是无限的。p 2 p 可扩展性好这一优点已经在 一些得到应用的实例中得以证明，如n a p s t e r ，g n u t e l l a 1 7 ，f r e e n e t 等。 健壮性 在互联网上随时可能出现异常情况，网络中断、网络拥塞、节点失效等各种异常事件 都会给系统的稳定性和服务持续性带来影响。在传统的集中式服务模式中，集中式服务器 成为整个系统的要害所在，一旦发生异常就会影响到所有用户的使用。而p 2 p 架构则天 生具有耐攻击、高容错的优点。由于服务是分散在各个节点之间进行的，部分节点或网络 遭到破坏对其它部分的影响很小。而且p 2 p 模型一般在部分节点失效时能够自动调整整 体拓扑，保持其它节点的连通性。事实上，p 2 p 网络通常都是以自组织的方式建立起来的， 并允许节点自由地加入和离开。些p 2 p 模型还能够根据网络带宽、节点数、负载等变 化不断地做自适应式的调整。 隐私性 目前的i n t e m e t 通用协议不支持隐藏通信端地址的功能。攻击者可以监控用户的流量 特征，获得i p 地址。在p 2 p 网络中，由于信息的传输分散在各节点之间进行而无需经过 某个集中环节，用户的隐私信息被窃听和泄漏的可能性大大缩小。在p 2 p 中，所有参与 者都可以提供中继转发的功能，因而大大提高了匿名通讯的灵活性和可靠性，能够为用户 提供更好的隐私保护。 第4 页 南京邮电大学硕上研究生学位论文 第二章相关技术简介 2 1 3p 2 p 的信息安全问题 安全问题是一直伴随互联网发展的重要课题，在p 2 p 网络中尤其如此。p 2 p 技术自从 出现以来一直受到广泛的关注，目前，在在线交流、文件共享、分布式计算，甚至是企业 计算与电子商务等应用领域p 2 p 已经充分显示出了其强大的技术优势，但由于其自身的 特点，也为信息安全带来了新挑战 1 8 】。 尽管目前g n u t e l l a ，k a z a a 等p 2 p 共享软件宣传其骨干服务器上并没有存储任何涉及 产权保护的内容的备份，而仅仅是保存了各个内容在互联网上的存储索引，但是p 2 p 共 享软件的繁荣加速了盗版媒体的分发，提高了知识产权保护的难度，因此在p 2 p 共享网 络中普遍存在着知识产权保护问题。如何更加合法合理的应用这些共享软件，是一个新时 代的课题，这就要求在不影响现有p 2 p 共享软件性能的前提下，加强知识产权保护机制， 这应该成为下一代p 2 p 共享软件面临的挑战性技术问题之一。另外，知识产权保护问题 也依赖于相关的法律法规的健全。 随着计算机网络应用的深入发展，计算机病毒对信息安全的威胁日益增加。特别是在 p 2 p 环境下，方便的共享和快速的选路机制，为某些网络病毒提供了更好的入侵机会。由 于p 2 p 网络中逻辑相邻的节点，地理位置可能相隔很远，而参与p 2 p 网络的节点数量又 非常大，因此通过p 2 p 系统传播的病毒，波及范围大，覆盖面广，只要有一个节点感染 病毒，就可以通过内部共享和通信机制将病毒扩散到附近的邻居节点，在短时间内可以造 成网络拥塞甚至瘫痪，甚至病毒完全控制整个网络。随着p 2 p 技术的发展，甚至出现专 门针对p 2 p 系统的网络病毒，如名为v b s 。g n u t e l l a 的蠕虫病毒【1 9 】，利用系统漏洞，达到 迅速破坏、瓦解、控制系统的目的。因此，网络病毒的潜在危机对p 2 p 系统安全性和健 壮性提出了更高的要求，迫切需要建立一套完整、高效、安全的防毒体系。 由于p 2 p 系统自身的特点，内容鉴别也存在一定的问题。在获取资源的时候我们首 先需要保证所下载的资源正是我们需要的资源。在最好的情况下，我们还要确定所下载的 资源只包含符合要求的文件，即是说没有其它不需要或是不希望有的垃圾文件。但是在目 前已实现的p 2 p 系统中，不存在中心服务器提供的基于内容的鉴别，资源共享严重依赖 于资源提供者和需求者之间的相互信任 2 0 】，事实上只能保证所请求资源的标志( 通常是 名称) 与希望的标志一致，例如，请求节点只能确定从提供节点下载的音乐文件标题与希 望获取的音乐文件标题一致，至于能否保证内容的一致性就无法判断。我们也可以加入一 第5 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 些更多的判断，如要求一些扩展信息一致，标志文件的元数据一致，但是无法从根本上解 决问题。这也使得一些垃圾文件伪装成正常文件进行传播。 p 2 p 特有的结构使得系统缺乏对共享资源的管理，难以有效地验证每个共享资源的正 确性。某些怀有特定目的的资源共享者可能在资源中加入其它信息，如病毒、木马、广 告或其它的垃圾信息。再有一部分就是所谓的“f r e e l o a d e r 问题【2 1 】，即网络中存在只下 载资源，而不上传资源的用户，长期下去只会形成网络中资源的枯竭。虽然这是个非技术 性的问题，但是可以通过技术手段实现对网络中用户信用的评价，形成鼓励用户上传资源 的机制。 另外，网络和节点的负载平衡也是应考虑的问题，通讯量的增加将影响网络的鲁棒性， 即洪水般的恶意请求引发的拒绝服务攻击可能导致系统的崩溃。节点在p 2 p 网络中获取 资源或是寻找其它节点之前，首先要发出查询报文以定位资源和获取邻居节点的位置。但 是查询算法为了获得较高的准确性，一般采用广播式进行查询，这就造成了一定的隐患。 在g u n t e l l a 网络中查询协议具有一个7 h o p 限制，即查询深度最多不超过7 个节点，假设 每个节点又能找到4 个相邻的节点，那么一次查询能够广播到1 3 0 0 个节点 2 2 】，在这种 情况下如果有恶意节点伪装成受害节点发送大量不同的查询报文，并在应答报文回传之前 结束伪装，受害节点将因为受到巨量应答而当机。有关文献已经实现了利用g u n t e l l a 协议 中的4 种基本报文进行查询洪泛 2 3 】。一般在校园网，企业网和某些住宅小区采用的是局 域网通过代理服务器上网方式，其连接i n t e m e t 的带宽存在上限。又由于p 2 p 节点在下载 的同时又能够上传，因而在局域网络内部若有相当数量的用户使用p 2 p 软件交换数据， 就会使带宽迅速耗尽以致妨碍正常的网络访问。例如，b i t t o r r e n t 协议 2 4 】将下载速度与 上传速度关联起来，使得上下载速度相当，因此一个节点下载1 g 的数据，同时也要上传 大约1 g 的数据，若同时有5 0 0 个节点进行上下载，那么短时间内就会有0 5 t 的数据通 过代理服务器，从而造成网络拥塞。 由于p 2 p 专注于提高共享效率而忽视安全因素，因此也对现有的网络安全体系产生 了影响，p 2 p 协议的缺陷导致了一些外部安全隐患。根据i p 地址，p 2 p 网络节点可以分 为两种：一种是具有公网i p 的节点；另一种是具有非公网地址的节点，通常是经由代理 服务器和防火墙接入网络的局域网用户。p 2 p 软件经过特殊设计能够通过防火墙使内外网 用户建立连接，这样就像是在防火墙上打开了一个秘密通道( s e c u r i t yh o l e ) ，使得内网 直接暴露在不安全的外部网络环境下。根据w w w b i t c o m e t c o m 发布的客户端更新 2 5 】，他 第6 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 们为了提高局域网用户下载速度已经实现了连接两个在不同内网中的内网节点，并且采用 监听随机端口的方式避免防火墙封锁端口，这事实是在两个防火墙上开了一个相互连通的 隧道，安全问题更加突出。 从以上各方面可以看出，在p 2 p 网络中，系统安全面临着巨大的挑战 2 6 1 ，p 2 p 网络 的安全性研究是当前的研究热点之一，是对p 2 p 网络发展的挑战。 2 2 模糊理论及其应用技术的研究 1 9 6 5 年l a z a d e h 提出了模糊集合概念，并意识到模糊概念可以用模糊集合来表示 【2 7 ，正是意识到了这一点，才使他得以从量上来描述模糊现象，并以之为突破点而建立 起研究模糊现象的基本理论，从而使数学在具有模糊性的领域里也能发挥其独有的作用。 模糊理论一产生就在数学领域本身以及许多的实用领域里得到广泛的应用。到2 0 世纪的 9 0 年代，已经形成了具有完整体系和鲜明特点的模糊拓扑学，框架日趋成熟的模糊随机 数学，模糊分析学，以及模糊逻辑理论。另外模糊代数理论虽然公开出版的专著较少，但 相关的研究却非常丰富。 在普通集合论中，一个对象对于一个集合有两种关系：“属于 和“不属于 ，二者必 居其一。当一个集合用特征函数l 来表示时，可用式( 2 1 ) 表示元素x 是否属于集合彳。 l = 亿：c 甚a 彳 ( 2 ) 2 2 1 模糊理论集合的定义 为了与普通集合彳加以区别，模糊集合记为a ；并将取值于 o ，1 】闭区间的特征函数称为 隶属函数，记为做( x ) ，它表示论域( 被讨论的全体元素) u 中的元素x ，对于模糊集合才 的隶属程度或简称隶属度，用它来描述“亦此亦彼”的模糊概念、现象和事件等。 定义1 ：设给定论域u ，u 在闭区间 0 ，1 】的任一映射心，p , 4 ：u _ 【o ，l 】 x 争胁( x ) ，x u ( 2 2 ) 可确定u 的一个模糊子集彳。 第7 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 定义2 ：所谓给定了论域u 上的一个模糊子集j ，是指对于任意x u ，都指定了一个数 均( x ) 专【o ，l 】，叫做x 对j 的隶属程度或隶属度。映射 线( z ) u 一【0 ，1 】 x 专心( x ) ( 2 3 ) 叫做彳的隶属函数 2 8 】。 陈武凡等人【2 9 】为了提出一个新的边缘检测算法，在1 9 5 9 年提出了广义模糊集合的概念。 事实上，广义模糊集合是对普通模糊集合的一种补充。定义如下： 定义3 ：论域u 上广义模糊集合j 表征为 j ：，掣或j - ( 伤( 破x 研 x 玉 x ” ( 2 4 ) 其中伤( x ) e - 1 ，l 】称为u 上么的广义隶属度函数；称伤( x ) - 1 ，0 ) 为u 上x 完全不属于a 的广义隶属函数；均( x ) ( 0 ，1 】为u 完全不属于a 的广义隶属函数；而均 ) = o 为u 上彳的 模糊分解点函数。 为了和模糊集合区分，常规的集合称为分明集或非模糊集。广义模糊集合是对普通模糊集 合的一种补充，而当普通模糊集合隶属度心 ) 值域为 o ，1 ) 时，均( z ) 蜕化为经典集合的 特征函数，即式( 2 1 ) ，而普通模糊集便蜕化为分明集。由此可知，分明集是模糊集合的 特殊状态，模糊集合是分明集的推广【3 0 】。 2 2 2 模糊集合的表示 论域u 为有限集 五，x 2 ，吒) 时，模糊子集的表达方法有三种 3 0 ： ( 1 ) 序偶法：即用序偶( z ，段( x ) ) ，i = l ，2 ，刀来表示 a = ( 而，缑( 而) ) ，( 恐，琢( 屯) ) ，( 矗，心( 而) ) ) ( 2 ) z a d e h 表示法 才= 喜掣 ，= i “f 第8 页 ( 2 5 ) ( 2 6 ) 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 注意此处并没有分式求和的意思，只不过是为表达方便的符号而已。 ( 3 ) 向量表示法 只按元素顺序排列出隶属度，即 a = ( 缘( 而) ，作( 而) ，纷( 毛) ) 2 3 信任管理模型的研究与进展 ( 2 7 ) 目前基于p 2 p 环境的信任模型研究主要分为基于p k i 的信任模型 8 、基于局部推 荐的信任模型 3 1 以及全局可信度模型 3 2 三大类。 基于p k i 的信任模型的系统中，存在一个或一组权威节点的集合负责整个网络的监 督，颁发证书给可信的新节点，节点以证书作为身份凭证使用网络中的资源，违规节点 将被定期通告，权威节点的合法性通过c a 颁发的证书加以保证。这类系统往往是中心 依赖的，具有单点失效等问题。 在基于局部推荐这类系统中，节点通过询问有限的其它节点以获取某个节点的信任 度，一般采取简单的局部广播的手段，其获取的节点信任度往往是局部的和片面的，如 c o r n e l l i 对g n u t e l l a 的改进建议就是采用这种方法 3 1 ； 目前应用较广泛的是全局可信度模型，在此模型中，为获取全局的节点可信度，该 类模型通过相邻节点间相互满意度的迭代，从而获取节点全局的信任度，该类模型削弱 了恶意节点协同作弊带来的评价误差，避免了恶意节点通过同伙节点给出不真实评价而 提高信任度的情况。e i g e n r e p 3 3 是该类模型的一个典型，针对其存在的不足， t r u s t m e 3 4 ，s w r t r u s t 3 5 3 以及窦文等的模型 3 6 3 从不同侧面提出。 文献 3 7 针对传统研究所评定不够精确的缺点提出了一种基于模糊理论的p 2 p 信 任模型i m s r p t m ，文中利用模糊关系理论定义了4 种节点间的信任关系：直接信任，推 荐信任，间接信任以及全局信任关系，并给出了相应的计算。 下面详细介绍e i g e n r e p 模型和i m s r p t m 模型，并在本节结尾总结这些已有研究的 不足，并提出本文针对这些不足的解决方案。 2 3 1e i g e n r e p 模型 s t a n f o r d 大学的e i g e n r e p 3 3 是目前已知的一种典型的全局信任模型。e i g e n r e p 的核 第9 页 南京邮电人学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 心思想是，当节点f 需要了解任意节点k 的全局信任度时，首先从k 的交互节点( 曾经与k 发生过交互的节点j ) 获知节点k 的信任度信息，然后根据这些交互节点自身的局部可信 度( 从i 的角度看来) 综合出k 的全局信任度。即： 瓦= ( c ：! ，) ( 2 8 ) 对于任意节点f 、j ，乞为节点f 对节点的局部可信度，z 为节点鸬未合信任度( 全 局的信任度) 。 r s a | i l j u n s a t ； q 2 豇毒瓦南 ( 2 9 ) 其中，跳u n s a t v 分别为节点，对在历史交易中积累的满意次数和不满意次数。 2 3 2i m s r p t m 模型 文献 3 7 提出了一种基于模糊理论的p 2 p 信任模型i m s r p t m ，文中利用模糊关系理论 定义了以下4 种节点间的信任关系： 模型描述中的符号定义如下： 尸表示p 2 p 系统中节点的集合，集合大小为力；r e c 表示笛卡尔积p x p 上的一个推 荐信任关系，亦表示为 r e c g ；d r 表示尸p 上的一个直接信任关系，亦表示为 叱) 舢； 仍丁表示尸尸上的间接信任关系，亦表示为 i a t 9 ) ； 模型中的操作符“o 定义： 1 d l t = 足e c o d t 等价于嘞= v p t 。p ( ( re c ( p i ，p k ) ad t ( p k ，p 们) 1 直接信任关系下的信任度计算 直接信任关系下的信任矩阵为d t ，在通常情况下 叱= d t ( p i ，p j ) = p ( p + q ) 其中p 为成功交易次数，q 为不成功交易次数。 ( 2 1 0 ) ( 2 1 1 ) 鉴于上式在交易次数少的情况下的计算结果偏差较大，散设置一个交易次数阀值乃，在交 第l o 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章相关技术简介 易次数不大于z 时另行处理，从而得到下面改进后的计算公式： ，叱= r 怒：驴聊p p + 巾q t r 其中，表示成功推荐次数，s 表示节点k 和i 之间的推荐失败次数，c 表示推荐次数阀值， 当推荐次数不大于z 时，作相似于直接信任关系下的处理 间接信任关系则是多次推荐信任关系的综合。 3 全局信任关系 j 堡坠三k l k l 堕壁! 望l ( 2 一里! 巫玺1 一k z 3 二= 1 卜 - ， - 。- ，。，- 一。， d i r e c tt r u s t l r e c o m m e n d i n g i d t i j 图2 - 2 二次间接信任关系仍彳 由( 2 1 0 ) 式可以得到图2 - 2 中的仍彳为 i d t f f - - r e c 。r e c 。d t 以此类推 国巧n = r e c ”。d t 第l l 页 i n d i r e c tt r u s t 一一一一一一一i ( 2 1 4 ) ( 2 1 5 ) 南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章相关技术简介 其中，r e c ”= r e c 卜1o r e c 最终得到全局信任度g t 为 g t = d t u 仍歹u i d t 2u u i d t 。 = ( i u r e c u r e c 2u u r e c “) 。d t 2 1 6 式的证明详见文献 3 7 2 。3 3 已有模型存在的问题分析及本文的解决方案 ( 2 1 6 ) 一个节点对另外一个节点提供的服务只有简单的满意与不满意，只是简单的将满意和 不满意的次数之差来反映信任度，这样做对一个节点的信任度评价是不够精确的，即使加 上系统中其他节点的“看法”，即全局信任度，也是不够精确的，特别是在文件共享系统 中，一个节点信任度应该取决于多方面因素的综合( 见第5 1 节) ，例如我们在使用b t 之类的文件共享软件时，更信任那些上行带宽高、缓存大、共享的文件数量多的节点。另 外，让一个用户单纯的决定对另一个用户是否满意是很困难的事情，例如一个用户的网络 环境差，但是他共享的资源相对更热门，给这个单纯的打满意和不满意都不合适。 文献 3 8 告诉我们：现实世界中，物质分为三类：确定、随机和模糊。满意度的评价 大多情况下是模糊的，因为用户往往对另一个节点为其提供的服务是部分满意或者部分不 满意，而不是像传统研究那样定义为完全满意或者完全不满意。所以e ig e n r e p 、t r u s t m e 以及s w r t r u s t 等信任模型的评价体系都不够精确。在这一点上，i m s r p t m 和基于贝叶斯 网络的信任模型均提出了解决方案，对评价度进行细化，但他们依然存在两个问题：1 信任度计算依然存在考虑范围狭窄的局限性，主要依据节点问的成功交易次数、推荐度、 直接信任度以及间接信任度这些因素或者由这些因素综合得到的全局信任度，他们都没有 将客观因素对信任度的影响纳入信任模型，事实上这些客观因素是不可忽视的，如：一个 上行带宽更大的p e e r 更应该被信任：一个磁盘空间大或者c p u 速度更大的p e e r 更应该被 信任；一个断线率低的p e e r 更应该被信任。2 在i m s r p t m 中当p 2 p 系统容量月增大 时r e c ”的计算量是相当大的，将会大大增加系统开销。 针对上述已有研究所存在的问题，论文提出了一种基于模糊理论的p 2 p 信任模型。模 型核心算法分为两部分，第一部分是主观信任度的计算方法，这一部分在第三章中详述， 此章的主要工作是在对大量现有模型的基础上，借鉴已有信任模型中性能较好的方法，综 第1 2 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章丰日关技术弼介 合得出了一种基于推荐的主观信任度计算方法，用于本模型中主观信任度的计算你；第二 部分是基于模糊理论的客观信任度计算方法，这一部分将在第四章中详述，在这一章中， 首先对影响p 2 p 节点信任度的客观因素进行统计并数学抽象，并且对评价等级和量纲映 射规则进行了定义，从而解决各因素因量纲不同而无法统一评价信任度的难点，最后用模 糊集合理论对各因素的数据计算，从而得到客观因素影响下的信任度。 对已有模型存在的问题的解决上，本文所提出的新模型主要的贡献及创新点为： 1 首次将信任度分为两类：主观信任度和客观信任度，这样划分的好处是更能全面的 反映一个节点的信任情况。 2 将影响信任度的多种客观因素经过量纲统一映射处理以及模糊集合关系理论计算， 得到一个节点的客观信任度。 2 4 本章小结 本章介绍了p 2 p 的概念、p 2 p 系统的特点、p 2 p 的技术原理以及p 2 p 系统所带来的信 息安全问题；并且介绍了目前模糊理论和信任管理模型的研究状况，其e e x , j - e i g e n r e p 信 任模型和i m s r p t m 模型进行了详细介绍；对当前p 2 p 信任模型的优缺点进行了总结，以 为本文模型与传统模型作比较之用。 第1 3 页 南京邮电大学硕士研究生学位论文第三章基于推荐的主观信任度计算 第三章基于推荐的主观信任度计算 在上一章节中阐述了本文将信任度归为主观信任度和客观信任度两类，本章主要对前 者的计算方法进行讨论。对于主观信任度，个主要的评价因素是对交易情况的满意度， 最初的p 2 p 信任模型就是根据历史统计下的满意度情况来计算信任度，一个此类经典的 信任模型为e i g e n r e p 模型。然而其它节点对交易节点评价和推荐同样对信任度评定有影 响力，而且听取其它节点的“看法 更有利于信任度计算的准确性，故而后期又出现了一 些加入了推荐的改进型，相对于前者对信任情况的评价更准确。但这些研究都有一个共同 点，即模型中得到的信任度都是对交易中满意度和推荐度的历史统计的计算结果。本章根 据对已有模型的研究，借鉴它们对主观信任度的研究成果，得出一种有效的基于推荐的主 观信任度计算方法。 3 1 主观信任度的计算 3 1 1 个人交互度的算法 个人交互度是根据最近一段时间与提供服务的节点的交易历史，对提供服务的节点作 出的评价，即二者之间的交互信任度。在本部分的主观信任度计算中节点f 对节点j 的个 人交互度用毛来表示。 个人交互度的计算，参照b a y e s i a n 3 9 络模型的方式，将交互的服务质量细划为几 个不同的方面，设为x = 扛1 ，x 2 ，翮) 。然后分别从几个不同的方面对节点提供的服务进 行评估，每个方面翮的评估值用k 来表示。进行评估时，首先将每个方面划分几个等 级，对每个等级给出一个分数段。 例如假设节点向节点f 提供文件下载，交易完毕后，当节点f 要对节点进行评估时， 将文件下载的服务质量细化为文件传输速度、文件质量等几个方面，对于文件传输速度这 个方面，可以有不同的多种划分方式，本文中划分为：“极速 、“快速 、“一般 、“慢速 、 篇1 4 丽 堕塞业皇奎兰堡圭堕窒生堂竺笙壅笙三兰兰主堡量堕圭婴笪堡堡盐兰 “极慢 、“无法传输 六个级别。“极速定义为传输速度仅受限于节点f 本地的网速；“快 速是与节点f 平常的传输速度相比明显较快；“一般”是传输速度明显趋于节点f 平常的 传输速度；舐陧速是与节点i 平常的传输速度相比明显低于平常的速度；“极慢指传输 速度已经超出节点f 的耐心；“无法传输 顾名思义，根据上面所描述的情况，分别给六 个等级一个分数段。 每次交易完，对各个方面进行评估以后，根据下面的公式计算本次交易后节点i 对节 点的总评估值为： 劈= k 幸 ( 3 1 ) 其中，彳表示第后次交易后对服务质量的评估值，取值为【1 ，1 】区间的实数；k 表 示删这个方面在所有方面里面的重要性，即翮这个方面的评估值在最终的评估值中所占 的分量，其值在【0 ，l 】之间，这取决于用户的偏好，厶越大，说明x ，l 这个方面越重要， 且k = l ；吒表示各个方面的评估值，取值为【- l ，l 】区间的实数。由此可以看出随着 用户偏好的改变，各个方面的评估值在整个评估值中所占的比重也有所改变，总评估值硭 也会发生变化。如果是一个恶意节点，则直接将其拉入黑名单，并把其个人交互度的值直 接置为零，下面的就不用进行了。 如果两个节点f ，在最近一段时间 ，删，r 。d ) = 。，：，。) ( 以 气+ 。) 有刀次交易，则 节点i 对节点，的个人交互度的计算公式如下： 打 乃= 宰嘭 七= l ( 3 2 ) 其中，表示第露次交易的重要性，0 + 1 1 ，1 七玎一l ，罗= 1 。由这 个式子可知，越是最近发生的交易其重要性越大，相应的权值越大。本文的实验中采用 击，击，二) 1 为权系数组。 如果最近一段时间内，节点与所要评估的节点经过多次交易，而每次