摘要：針對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)（Peer-to-Peer network）中的搭便車行為進(jìn)行了分析，闡述了它對(duì)網(wǎng)絡(luò)可用性、可靠性和健壯性及可擴(kuò)展性等造成的負(fù)面影響，介紹了針對(duì)搭便車行為的抑制機(jī)制中的激勵(lì)機(jī)制，并評(píng)價(jià)了激勵(lì)機(jī)制，分析了其面臨的挑戰(zhàn)。最后對(duì)激勵(lì)機(jī)制研究方向進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞：P2P 搭便車 激勵(lì)機(jī)制 博弈論
一、P2P網(wǎng)絡(luò)中的搭便車行為及其危害分析
目前，P2P網(wǎng)絡(luò)通信模式被人們認(rèn)為在加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)上人的交流、文件交換、分布計(jì)算等方面大有前途?；赑2P通信模式的軟件，如流行的eMule、Thunder、BitTorrent等，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域帶來了重要變革。
P2P網(wǎng)絡(luò)中如果存在大量的搭便車行為，則會(huì)降低其可用性、可靠性、健壯性及可擴(kuò)展性，進(jìn)一步加劇很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)P2P應(yīng)用系統(tǒng)最終崩潰。下面具體分析這些可能的負(fù)面影響。
?。?）一般某個(gè)節(jié)點(diǎn)在P2P網(wǎng)絡(luò)中是為了從中獲得自己需要的數(shù)據(jù)信息。過多的搭便車行為會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)過多而共享的信息量變化不大，這樣一來熱心節(jié)點(diǎn)一旦從網(wǎng)絡(luò)中獲得了其自己需要的信息以后，會(huì)主動(dòng)退出該P(yáng)2P網(wǎng)絡(luò)。
?。?）如果P2P網(wǎng)絡(luò)中更多的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)“免費(fèi)乘客”角色，那么剩余的少量的熱心節(jié)點(diǎn)需要承擔(dān)更重的資源查詢和數(shù)據(jù)下載任務(wù)，這最終可能會(huì)導(dǎo)致兩種后果：由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)作而計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行速度降低，甚至死機(jī)；或者其主動(dòng)退出P2P網(wǎng)絡(luò)。由于許多熱心節(jié)點(diǎn)是P2P網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，充當(dāng)主要服務(wù)器或者路由器，如果一臺(tái)機(jī)器發(fā)生故障，那么整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)的連通性會(huì)發(fā)生很大的變化，可靠性、健壯性都會(huì)受到嚴(yán)重影響。
（3）過多的搭便車行為會(huì)使得P2P網(wǎng)絡(luò)越來越趨近于Client/Server模式，從而丟失了P2P網(wǎng)絡(luò)通信模式的健壯性與可擴(kuò)展性。最終的結(jié)果甚至比C/S模式還差，因?yàn)槠浔旧聿⒉皇前凑誄lient/Server模式進(jìn)行建設(shè)的，大豬角色的節(jié)點(diǎn)可能是由性能一般的計(jì)算機(jī)來?yè)?dān)當(dāng)，軟、硬件環(huán)境的配置方面不如傳統(tǒng)的服務(wù)器可靠、健壯。
因此，為了確保P2P網(wǎng)絡(luò)高效、安全、可靠運(yùn)行，有必要采用適當(dāng)?shù)拇胧?duì)過于嚴(yán)重的搭便車行為進(jìn)行抑制。
二、基于激勵(lì)機(jī)制的搭便車行為抑制機(jī)制
激勵(lì)機(jī)制（incentive mechanisms）是最早提出的搭便車行為抑制方法，也是應(yīng)用最廣泛的方法．關(guān)于激勵(lì)機(jī)制研究中的一些子問題，如定義和計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)度，已成為P2P研究中的熱點(diǎn)．不同激勵(lì)機(jī)制之間的差異主要體現(xiàn)在效用函數(shù)（節(jié)點(diǎn)享受服務(wù)能力與節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)已做貢獻(xiàn)的關(guān)系）定義、測(cè)量點(diǎn)選擇等方面。下面給出了激勵(lì)機(jī)制的基本算法流程：1給出一個(gè)效用函數(shù)；2每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期或事件觸發(fā)地計(jì)算節(jié)點(diǎn)的效用函數(shù)；3節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)起信息查詢或下載服務(wù)；4如果節(jié)點(diǎn)效用函數(shù)值較高，則進(jìn)行下載操作，下載后轉(zhuǎn)到6；
5如果節(jié)點(diǎn)效用函數(shù)值低，則拒絕下載服務(wù)，轉(zhuǎn)到步7；6節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算效用函數(shù)；7系統(tǒng)等待事件觸發(fā)，有服務(wù)請(qǐng)求則跳轉(zhuǎn)到步3；如果節(jié)點(diǎn)為其它節(jié)點(diǎn)提供了服務(wù)，則跳轉(zhuǎn)到步6。
測(cè)量點(diǎn)位置選擇是激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前關(guān)于測(cè)量點(diǎn)的選擇主要有兩種方法：（1）節(jié)點(diǎn)對(duì)自身行為做自我測(cè)量，評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的貢獻(xiàn)大??；（2）每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)鄰接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)督，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)大小由鄰接節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)。第一種測(cè)量是節(jié)點(diǎn)把自身每次提供服務(wù)或享受服務(wù)的行為記錄下來，工程上容易實(shí)現(xiàn)，且開銷比較小．但它很難對(duì)付少數(shù)節(jié)點(diǎn)的惡意欺騙，如虛報(bào)為其它節(jié)點(diǎn)提供信息服務(wù)的次數(shù)。節(jié)點(diǎn)互相測(cè)量與監(jiān)督的方式能有效地防止少數(shù)節(jié)點(diǎn)的惡意欺騙，但分布式測(cè)量的系統(tǒng)開銷比較大。
目前提出的效用函數(shù)具有一個(gè)共同特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)能享受的服務(wù)能力與其所做貢獻(xiàn)的絕對(duì)大小（如提供的文件數(shù)量、上傳數(shù)據(jù)大?。┲苯酉嚓P(guān)。如果對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的軟硬件配置和物理網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境具有一致性，則比較貢獻(xiàn)的絕對(duì)大小是合理的。
三、對(duì)激勵(lì)機(jī)制的評(píng)價(jià)
?。?）效用函數(shù)嚴(yán)格程度的選擇。過于嚴(yán)格的激勵(lì)機(jī)制會(huì)導(dǎo)致搭便車者退出對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，從而用戶數(shù)量急劇減少．特別對(duì)商用P2P系統(tǒng)，用戶數(shù)量是影響整個(gè)系統(tǒng)存在的關(guān)鍵因素，太少的用戶將導(dǎo)致商業(yè)運(yùn)營(yíng)失敗。而不采用嚴(yán)格的激勵(lì)機(jī)制，可能又難以達(dá)到抑制搭便車行為的初衷。在如何抑制搭便車行為與鼓勵(lì)用戶加入對(duì)等網(wǎng)絡(luò)之間存在兩難。
?。?）文獻(xiàn)[2]指出很多節(jié)點(diǎn)位于防火墻或地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器之內(nèi)。防火墻可過濾外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)請(qǐng)求；地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器內(nèi)的節(jié)點(diǎn)沒有外部IP地址，因此物理網(wǎng)絡(luò)條件的局限導(dǎo)致它們不能為外網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)提供信息訪問服務(wù)。
分布式測(cè)量與監(jiān)視機(jī)制可有效地防范那些不遵守協(xié)議的欺騙節(jié)點(diǎn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，它面臨以下兩個(gè)挑戰(zhàn)：
（1）節(jié)點(diǎn)之間互相監(jiān)視開銷大.例如：節(jié)點(diǎn)i與10個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰，則節(jié)點(diǎn)犃被其它10個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視.盡管來自10個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可能存在一定差異，但多數(shù)關(guān)于犃是否為搭便車者的判定結(jié)論應(yīng)該是一致的.對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)判定過程，這種重復(fù)判斷是資源浪費(fèi)。
?。?）對(duì)連接數(shù)很高的節(jié)點(diǎn)，監(jiān)視鄰接節(jié)點(diǎn)會(huì)增加節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)。連接數(shù)多的節(jié)點(diǎn)負(fù)載本來就比較重，還要監(jiān)視眾多的鄰居節(jié)點(diǎn)，容易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)因負(fù)載過重而當(dāng)機(jī)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)退出對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，將導(dǎo)致對(duì)等網(wǎng)絡(luò)崩潰，這違背了抑制搭便車行為的初衷。
四、下一步研究方向
如何抑制對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)搭便車行為，未來的研究將會(huì)更長(zhǎng)期深入。在實(shí)際中已經(jīng)應(yīng)用起來的激勵(lì)機(jī)制中，也有很多地方需要投入精力研究。例如：更為平衡的效用函數(shù)與懲罰機(jī)制、能跟隨實(shí)際情況發(fā)生變化的評(píng)測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)制、新加入節(jié)點(diǎn)得到的服務(wù)質(zhì)量問題、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境硬件的抑制機(jī)制研究等。
關(guān)鍵詞：P2P 搭便車 激勵(lì)機(jī)制 博弈論
一、P2P網(wǎng)絡(luò)中的搭便車行為及其危害分析
目前，P2P網(wǎng)絡(luò)通信模式被人們認(rèn)為在加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)上人的交流、文件交換、分布計(jì)算等方面大有前途?；赑2P通信模式的軟件，如流行的eMule、Thunder、BitTorrent等，給計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域帶來了重要變革。
P2P網(wǎng)絡(luò)中如果存在大量的搭便車行為，則會(huì)降低其可用性、可靠性、健壯性及可擴(kuò)展性，進(jìn)一步加劇很可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)P2P應(yīng)用系統(tǒng)最終崩潰。下面具體分析這些可能的負(fù)面影響。
?。?）一般某個(gè)節(jié)點(diǎn)在P2P網(wǎng)絡(luò)中是為了從中獲得自己需要的數(shù)據(jù)信息。過多的搭便車行為會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)過多而共享的信息量變化不大，這樣一來熱心節(jié)點(diǎn)一旦從網(wǎng)絡(luò)中獲得了其自己需要的信息以后，會(huì)主動(dòng)退出該P(yáng)2P網(wǎng)絡(luò)。
?。?）如果P2P網(wǎng)絡(luò)中更多的節(jié)點(diǎn)充當(dāng)“免費(fèi)乘客”角色，那么剩余的少量的熱心節(jié)點(diǎn)需要承擔(dān)更重的資源查詢和數(shù)據(jù)下載任務(wù)，這最終可能會(huì)導(dǎo)致兩種后果：由于長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)作而計(jì)算機(jī)本身運(yùn)行速度降低，甚至死機(jī)；或者其主動(dòng)退出P2P網(wǎng)絡(luò)。由于許多熱心節(jié)點(diǎn)是P2P網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，充當(dāng)主要服務(wù)器或者路由器，如果一臺(tái)機(jī)器發(fā)生故障，那么整個(gè)P2P網(wǎng)絡(luò)的連通性會(huì)發(fā)生很大的變化，可靠性、健壯性都會(huì)受到嚴(yán)重影響。
（3）過多的搭便車行為會(huì)使得P2P網(wǎng)絡(luò)越來越趨近于Client/Server模式，從而丟失了P2P網(wǎng)絡(luò)通信模式的健壯性與可擴(kuò)展性。最終的結(jié)果甚至比C/S模式還差，因?yàn)槠浔旧聿⒉皇前凑誄lient/Server模式進(jìn)行建設(shè)的，大豬角色的節(jié)點(diǎn)可能是由性能一般的計(jì)算機(jī)來?yè)?dān)當(dāng)，軟、硬件環(huán)境的配置方面不如傳統(tǒng)的服務(wù)器可靠、健壯。
因此，為了確保P2P網(wǎng)絡(luò)高效、安全、可靠運(yùn)行，有必要采用適當(dāng)?shù)拇胧?duì)過于嚴(yán)重的搭便車行為進(jìn)行抑制。
二、基于激勵(lì)機(jī)制的搭便車行為抑制機(jī)制
激勵(lì)機(jī)制（incentive mechanisms）是最早提出的搭便車行為抑制方法，也是應(yīng)用最廣泛的方法．關(guān)于激勵(lì)機(jī)制研究中的一些子問題，如定義和計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)度，已成為P2P研究中的熱點(diǎn)．不同激勵(lì)機(jī)制之間的差異主要體現(xiàn)在效用函數(shù)（節(jié)點(diǎn)享受服務(wù)能力與節(jié)點(diǎn)為系統(tǒng)已做貢獻(xiàn)的關(guān)系）定義、測(cè)量點(diǎn)選擇等方面。下面給出了激勵(lì)機(jī)制的基本算法流程：1給出一個(gè)效用函數(shù)；2每個(gè)節(jié)點(diǎn)定期或事件觸發(fā)地計(jì)算節(jié)點(diǎn)的效用函數(shù)；3節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求發(fā)起信息查詢或下載服務(wù)；4如果節(jié)點(diǎn)效用函數(shù)值較高，則進(jìn)行下載操作，下載后轉(zhuǎn)到6；
5如果節(jié)點(diǎn)效用函數(shù)值低，則拒絕下載服務(wù)，轉(zhuǎn)到步7；6節(jié)點(diǎn)重新計(jì)算效用函數(shù)；7系統(tǒng)等待事件觸發(fā)，有服務(wù)請(qǐng)求則跳轉(zhuǎn)到步3；如果節(jié)點(diǎn)為其它節(jié)點(diǎn)提供了服務(wù)，則跳轉(zhuǎn)到步6。
測(cè)量點(diǎn)位置選擇是激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。目前關(guān)于測(cè)量點(diǎn)的選擇主要有兩種方法：（1）節(jié)點(diǎn)對(duì)自身行為做自我測(cè)量，評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的貢獻(xiàn)大??；（2）每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)鄰接節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)督，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的貢獻(xiàn)大小由鄰接節(jié)點(diǎn)評(píng)價(jià)。第一種測(cè)量是節(jié)點(diǎn)把自身每次提供服務(wù)或享受服務(wù)的行為記錄下來，工程上容易實(shí)現(xiàn)，且開銷比較小．但它很難對(duì)付少數(shù)節(jié)點(diǎn)的惡意欺騙，如虛報(bào)為其它節(jié)點(diǎn)提供信息服務(wù)的次數(shù)。節(jié)點(diǎn)互相測(cè)量與監(jiān)督的方式能有效地防止少數(shù)節(jié)點(diǎn)的惡意欺騙，但分布式測(cè)量的系統(tǒng)開銷比較大。
目前提出的效用函數(shù)具有一個(gè)共同特點(diǎn)：節(jié)點(diǎn)能享受的服務(wù)能力與其所做貢獻(xiàn)的絕對(duì)大小（如提供的文件數(shù)量、上傳數(shù)據(jù)大?。┲苯酉嚓P(guān)。如果對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的軟硬件配置和物理網(wǎng)絡(luò)接入環(huán)境具有一致性，則比較貢獻(xiàn)的絕對(duì)大小是合理的。
三、對(duì)激勵(lì)機(jī)制的評(píng)價(jià)
?。?）效用函數(shù)嚴(yán)格程度的選擇。過于嚴(yán)格的激勵(lì)機(jī)制會(huì)導(dǎo)致搭便車者退出對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，從而用戶數(shù)量急劇減少．特別對(duì)商用P2P系統(tǒng)，用戶數(shù)量是影響整個(gè)系統(tǒng)存在的關(guān)鍵因素，太少的用戶將導(dǎo)致商業(yè)運(yùn)營(yíng)失敗。而不采用嚴(yán)格的激勵(lì)機(jī)制，可能又難以達(dá)到抑制搭便車行為的初衷。在如何抑制搭便車行為與鼓勵(lì)用戶加入對(duì)等網(wǎng)絡(luò)之間存在兩難。
?。?）文獻(xiàn)[2]指出很多節(jié)點(diǎn)位于防火墻或地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器之內(nèi)。防火墻可過濾外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)請(qǐng)求；地址轉(zhuǎn)換服務(wù)器內(nèi)的節(jié)點(diǎn)沒有外部IP地址，因此物理網(wǎng)絡(luò)條件的局限導(dǎo)致它們不能為外網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)提供信息訪問服務(wù)。
分布式測(cè)量與監(jiān)視機(jī)制可有效地防范那些不遵守協(xié)議的欺騙節(jié)點(diǎn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，它面臨以下兩個(gè)挑戰(zhàn)：
（1）節(jié)點(diǎn)之間互相監(jiān)視開銷大.例如：節(jié)點(diǎn)i與10個(gè)節(jié)點(diǎn)相鄰，則節(jié)點(diǎn)犃被其它10個(gè)節(jié)點(diǎn)監(jiān)視.盡管來自10個(gè)鄰接節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)可能存在一定差異，但多數(shù)關(guān)于犃是否為搭便車者的判定結(jié)論應(yīng)該是一致的.對(duì)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有多個(gè)判定過程，這種重復(fù)判斷是資源浪費(fèi)。
?。?）對(duì)連接數(shù)很高的節(jié)點(diǎn)，監(jiān)視鄰接節(jié)點(diǎn)會(huì)增加節(jié)點(diǎn)負(fù)擔(dān)。連接數(shù)多的節(jié)點(diǎn)負(fù)載本來就比較重，還要監(jiān)視眾多的鄰居節(jié)點(diǎn)，容易導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)因負(fù)載過重而當(dāng)機(jī)。關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)退出對(duì)等網(wǎng)絡(luò)，將導(dǎo)致對(duì)等網(wǎng)絡(luò)崩潰，這違背了抑制搭便車行為的初衷。
四、下一步研究方向
如何抑制對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)搭便車行為，未來的研究將會(huì)更長(zhǎng)期深入。在實(shí)際中已經(jīng)應(yīng)用起來的激勵(lì)機(jī)制中，也有很多地方需要投入精力研究。例如：更為平衡的效用函數(shù)與懲罰機(jī)制、能跟隨實(shí)際情況發(fā)生變化的評(píng)測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)換機(jī)制、新加入節(jié)點(diǎn)得到的服務(wù)質(zhì)量問題、基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境硬件的抑制機(jī)制研究等。
