p2p網(wǎng)絡(luò)中的信任問(wèn)題研究

p2p網(wǎng)絡(luò)中的信任問(wèn)題研究

隨著網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，p2p技術(shù)被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都被視為平等的關(guān)系，因此也被稱(chēng)為平等網(wǎng)絡(luò)。p2p網(wǎng)絡(luò)刪除了服務(wù)器，并將任何兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器相互訪問(wèn)服務(wù)器。與傳統(tǒng)的c-s模式相比，p2p網(wǎng)絡(luò)中的資源更多，并且沒(méi)有大量的空間資源，并且網(wǎng)絡(luò)性能沒(méi)有得到改善。然而，對(duì)于沒(méi)有中心服務(wù)器的p2p網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)性能就難以確定。然而，與普通網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器無(wú)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)特性并不容易管理，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性難以保證。p2p網(wǎng)絡(luò)是以節(jié)點(diǎn)為中心的網(wǎng)絡(luò)，即以人為中心的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)的安全離不開(kāi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的信任，即人與人之間的信任。P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間是否相互信任,其實(shí)是一種猜測(cè)行為,認(rèn)為對(duì)方節(jié)點(diǎn)是可信的,自身才會(huì)和它進(jìn)行交互,反之則不進(jìn)行交互,這種涉及人群互動(dòng)的猜測(cè)行為就是經(jīng)濟(jì)學(xué)上所說(shuō)的博弈.博弈可以理解為是一種選擇策略的研究,在博弈中不但要考慮自己的策略,還要考慮其他人的策略選擇.節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)資源共享是共同選擇的結(jié)果,也就是博弈的結(jié)果.本文考慮節(jié)點(diǎn)之間并不清楚彼此之間的博弈關(guān)系會(huì)持續(xù)多久的重復(fù)博弈情形,也就是P2P網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間是否會(huì)持續(xù)交互信息的情形.利用博弈論的相關(guān)知識(shí)來(lái)建立P2P網(wǎng)絡(luò)的信任模型,便于分析問(wèn)題,通過(guò)博弈仿真工具Gambit分析模型,使之更加形象化.1p2p信任博弈模型博弈論雖然是作為現(xiàn)在數(shù)學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)的一部分而存在的,但是它的許多理論模型可以很好地運(yùn)用到實(shí)際生活中去,可以說(shuō)它存在于生活中,人人都在博弈.可以通過(guò)決策來(lái)理解博弈論,決策也可以理解為是一種為了達(dá)到目的而進(jìn)行的方案選擇,每個(gè)方案選擇后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)結(jié)果.博弈論就是參與人之間有針對(duì)性的行為選擇的互動(dòng)過(guò)程的研究理論,探討互動(dòng)過(guò)程中參與人的行為規(guī)律.在P2P網(wǎng)絡(luò)中,節(jié)點(diǎn)之間處于相互依存的復(fù)雜關(guān)系之中,不得不思考其他節(jié)點(diǎn)有針對(duì)性的對(duì)自身所產(chǎn)生的影響,這樣就形成了各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的交互關(guān)系.博弈論的模型都會(huì)涉及一些基本要素,在P2P信任博弈模型中的參與人就是網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點(diǎn),節(jié)點(diǎn)的策略集合包括合作策略和背叛策略.其中,合作策略是指節(jié)點(diǎn)之間相互信任,互相傳遞對(duì)方所需要的資源和文件;背叛策略是指某節(jié)點(diǎn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求不予響應(yīng),甚至傳遞偽造文件或者惡意病毒,破壞P2P網(wǎng)絡(luò)的安全性.每個(gè)節(jié)點(diǎn)在不同情況下采取不同的策略都會(huì)有不同的支付.通過(guò)對(duì)支付的調(diào)整,可以使節(jié)點(diǎn)在各自的博弈中選擇自己最優(yōu)的方案.2游戲模式2.1p2p信任模型在P2P信任博弈關(guān)系里,博弈重復(fù)的次數(shù)是不一定的,節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)先前雙方的博弈行為選擇自己下一階段所采取的策略.具體來(lái)說(shuō),就是每個(gè)節(jié)點(diǎn)會(huì)根據(jù)先前雙方是否合作來(lái)決定自己下一次交互時(shí)是選擇合作策略還是背叛策略.這里討論的P2P信任博弈模型中假設(shè)節(jié)點(diǎn)采取的是觸發(fā)策略(TriggerStrategies).節(jié)點(diǎn)采取觸發(fā)策略意味著只要對(duì)方節(jié)點(diǎn)在博弈中采取合作策略,則該節(jié)點(diǎn)也會(huì)在博弈中采取合作策略;一旦對(duì)方節(jié)點(diǎn)的某個(gè)階段采取背叛策略,將會(huì)觸發(fā)該節(jié)點(diǎn)在往后的一段時(shí)期內(nèi)采取背叛策略,甚至永遠(yuǎn)采取背叛策略來(lái)懲罰對(duì)方.觸發(fā)策略包含威脅和懲罰,根據(jù)懲罰的力度不同,可以分為冷酷策略和禮尚往來(lái)策略.在假設(shè)的P2P信任博弈模型中,和一次博弈相比,重復(fù)博弈要權(quán)衡短期收益和長(zhǎng)遠(yuǎn)利益的重要性.如果一次背叛獲得的收益超過(guò)長(zhǎng)期合作的收益,那顯然選擇背叛策略是最佳的;但是如果長(zhǎng)期合作的收益較大的話(huà),采取背叛策略顯然是不明智的.分析問(wèn)題時(shí),需要引入一些變量,用r表示投資收益率,δ表示折現(xiàn)因子(discountfactor),它們的關(guān)系是δ=11+r.(1)δ=11+r.(1)要注意到,在重復(fù)次數(shù)不確定的博弈中,可能節(jié)點(diǎn)并不確定博弈究竟會(huì)持續(xù)多長(zhǎng)時(shí)間,但是會(huì)對(duì)博弈能否多持續(xù)一個(gè)階段會(huì)有一定的概率判斷.如果節(jié)點(diǎn)雙方的這種博弈關(guān)系在下一個(gè)階段持續(xù)的概率只有p(0<p<1),則要用因子pδ而不單單是δ來(lái)折現(xiàn)未來(lái)的支付.在此基礎(chǔ)上,引入有效收益率(effectiverateofreturn)R,且R=(1pδ)?1.(2)R=(1pδ)-1.(2)R的值取決于δ和p,其含義是指在引入不確定因素p后節(jié)點(diǎn)的預(yù)期收益率,有效收益率體現(xiàn)了對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的考慮,和實(shí)際結(jié)合更加緊密.2.2節(jié)點(diǎn)之間的博弈從上面的分析中可以發(fā)現(xiàn),如果博弈在不久的將來(lái)結(jié)束的可能性足夠大的話(huà),節(jié)點(diǎn)采取背叛策略將有利可圖.使用囚徒困境的一般形式來(lái)分析P2P網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的博弈關(guān)系,用參數(shù)來(lái)表示節(jié)點(diǎn)的支付,這些參數(shù)滿(mǎn)足囚徒困境支付的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu).表1體現(xiàn)的是節(jié)點(diǎn)之間的博弈關(guān)系,表中的支付滿(mǎn)足以下關(guān)系:W>X>Y>Z,其中X表示節(jié)點(diǎn)雙方選擇合作策略時(shí)各自所得的支付,Y表示節(jié)點(diǎn)雙方選擇背叛策略時(shí)各自所得的支付,W表示當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)采取背叛策略而另一個(gè)節(jié)點(diǎn)采取合作策略時(shí)背叛節(jié)點(diǎn)所得到的支付,Z則是同樣情況下采取合作策略的節(jié)點(diǎn)所得到的支付.在這個(gè)博弈中,一個(gè)節(jié)點(diǎn)采取背叛策略所得到的一次性收益為(W-X),背叛節(jié)點(diǎn)重新采取合作策略需要經(jīng)過(guò)一個(gè)懲罰期,在懲罰期背叛節(jié)點(diǎn)所遭受的損失為(X-Z),背叛節(jié)點(diǎn)采取永久性的背叛策略時(shí)每個(gè)階段的損失為(X-Y).假設(shè)在懲罰期的支付為π,其對(duì)應(yīng)在懲罰期之前的值,也就是所謂的貼現(xiàn)值PV(PresentValue),且PV=π/(1+R).(3)ΡV=π/(1+R).(3)2.3以折現(xiàn)因子為條件,分析折現(xiàn)因子為了跟實(shí)際情況更為接近,所給模型討論的是對(duì)方節(jié)點(diǎn)采取禮尚往來(lái)的策略.如果背叛一次獲得的收益超過(guò)下一個(gè)懲罰期所遭受的損失的貼現(xiàn)值,那么節(jié)點(diǎn)就會(huì)采取背叛行為.這里用公式表達(dá)就是當(dāng)(W-X)>(X-Z)/(1-R)時(shí),一個(gè)節(jié)點(diǎn)才會(huì)背叛一個(gè)采取禮尚往來(lái)策略的對(duì)方節(jié)點(diǎn).這個(gè)條件可以改寫(xiě)為R>X?ZW?X?1.(4)R>X-ΖW-X-1.(4)同樣的,節(jié)點(diǎn)永久性的背叛行為會(huì)給往后的各個(gè)階段博弈都帶來(lái)?yè)p失,在對(duì)方節(jié)點(diǎn)采取禮尚往來(lái)策略的前提下,只有當(dāng)背叛一次所得的即時(shí)收益超過(guò)無(wú)限期損失之和的貼現(xiàn)值時(shí),節(jié)點(diǎn)采取永久性的背叛策略才是值得的.這里相當(dāng)于要滿(mǎn)足條件(W-X)>(X-Y)/R,也就是R>X?YW?X.(5)R>X-YW-X.(5)根據(jù)上面的分析表明,一個(gè)節(jié)點(diǎn)在決定是否采取背叛策略時(shí),它最需要考慮的條件就是權(quán)衡背叛策略產(chǎn)生的即時(shí)收益和未來(lái)的損失.由式(4)、(5)以及(2)可知,它還需要考慮折現(xiàn)因子δ和博弈持續(xù)下去的概率p這兩個(gè)因素,它們共同決定了R的取值.由式(2)可知,R+1與概率p和折現(xiàn)因子δ都成反比.因此,在已知p的情況下,低的有效回報(bào)率對(duì)應(yīng)高的折現(xiàn)因子;在已知δ的情況下,低的有效回報(bào)率對(duì)應(yīng)高的博弈持續(xù)下去的概率.結(jié)合圖1中博弈的支付,由式(4)和(5)可知,若(W-X)的值越小,(X-Z)的值相對(duì)較大,即在W>X>Y>Z條件下,W取值越小,X取值越大,Y取值越小,Z取值越小,則節(jié)點(diǎn)雙方合作下去的可能性就越大,這時(shí)節(jié)點(diǎn)間博弈持續(xù)下去的概率p也就越大,則有效收益率R就會(huì)越低,低的有效收益率就會(huì)促成節(jié)點(diǎn)選擇合作策略,使博弈持續(xù)下去的概率提高.這表明,要使得P2P節(jié)點(diǎn)之間的信任博弈持續(xù)發(fā)展,必須提高對(duì)合作節(jié)點(diǎn)的獎(jiǎng)勵(lì),加強(qiáng)對(duì)背叛節(jié)點(diǎn)的懲罰力度,從而形成良性循環(huán),使得P2P網(wǎng)絡(luò)中的信任問(wèn)題得以解決,使得網(wǎng)絡(luò)健康有序地發(fā)展下去.3策略支付的調(diào)整根據(jù)上面所建立的P2P信任博弈模型,使用仿真工具Gambit來(lái)分析驗(yàn)證該模型.博弈的雙方節(jié)點(diǎn)分別記為peerA和peerB,其中合作策略記為C,背叛策略記為N,調(diào)整節(jié)點(diǎn)策略的支付函數(shù)來(lái)分析該模型.在W>X>Y>Z條件下,在圖1中不妨假設(shè)W=9,X=8,Y=2,Z=1,在圖2中不妨把節(jié)點(diǎn)策略的支付調(diào)整為W=10,X=5,Y=4,Z=1,經(jīng)過(guò)不同策略所得支付的調(diào)整對(duì)比,圖1和圖2對(duì)比之下可以看出,在支付調(diào)整之前,如果節(jié)點(diǎn)A采取背叛策略,則節(jié)點(diǎn)B緊跟著節(jié)點(diǎn)A采取背叛策略的概率要低很多,如果這種情形下面,節(jié)點(diǎn)A改變策略選擇合作策略,那么節(jié)點(diǎn)B禮尚往來(lái)也會(huì)選擇合作策略,這樣對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)的健康發(fā)展有很大的幫助.通過(guò)圖1和圖2策略支付的調(diào)整,很好地驗(yàn)證了在W>X>Y>Z條件下,W取值越小,X取值越大,Y取值越小,Z取值越小,則節(jié)點(diǎn)雙方合作下去的可能性就越大,所以要提高對(duì)合作節(jié)點(diǎn)的獎(jiǎng)勵(lì),加強(qiáng)對(duì)背叛節(jié)點(diǎn)的懲罰力度.4存在特殊重復(fù)博弈的情況本文所提出的基于博弈論的P