P2P模式下协同工作安全群组通信模型的探索

提出了点到点(P2P)模式下协同工作安全群组通信模型,实现了P2P模式下协同工作节点动态加入和退出,以及群组安全可靠有序的通信机制.算法设计的节点管理和节点通信为P2P模式下协同工作应用开发提供了必要的支持.通过理论分析,证明了点组内节点操作的一致性,协同绘图作为

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第**卷!第/期!西安电子科技大学学报（自然科学版）

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!"!模式下协同工作安全群组通信模型的探索

!马!勇%!!田玉敏%

!陕西西安!’%(西安电子科技大学计算机科学与技术学院"%""’%#

湖北武汉!)$!(武汉大学计算机科学与技术学院"*""’!

摘要!提出了点到点"模式下协同工作安全群组通信模型!实现了++!+#!+模式下协同工作节点动态

加入和退出!以及群组安全可靠有序的通信机制,算法设计的节点管理和节点通信为+!+模式下协同工

通过理论分析!证明了点组内节点操作的一致性!协同绘图作为实例说作应用开发提供了必要的支持,

明了该方法的有效性,

关键词!点到点$计算机支持的协调工作$群组通信

"#中图分类号!-+*&%!!文献标识码!.!!文章编号!%""%$!)""!""/"/$"&/#$"#

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%=,%&2.!+$606H$<393779>=1D:=3>!+@81>6

传统客户&服务器或者浏览器&服务器分布式系统中#由中央服务器统一管理各个节点#为他们提供服务,虽然这种结构易于实现有序的群组通信#但是所有节点访问服务器必然会造成服务器的繁忙和系统对服务器的单点依赖$如果服务器出现故障#会导致整个系统的瘫痪,基于集中式的计算机支持的协调工作!实现技术主要包括采用-&以及基于分布式中间件技术!实现节606H"6+EP+协议#P6QR和6QST."点管理和有序群组通信技术,这些特点都限制了客户&服务器结构不可能适用于动态’节点平等的点到点!网络,+!+"

基于+UDI:;<音乐下载软件的成功推动了+!+技术的发展#!+的应用也越来越多,+!+网络是组建在8

强调节点自治和直接通信,现有网络基础上的一个虚拟功能网#0EU公司推出的VB-.为+!+的开发提供

了一个基础平台,在组的范围内管理节点和资源#这些都VB-.将有相同爱好或兴趣的节点组成一个点组#

符合协同工作本质要求,不同编程语言的实现版本#从而屏蔽了不同0EU公司提供了VB-.不同操作系统’

操作系统’编程语言’网络传输协议之间的差异,同时VB-.还是一个开源项目便于定制和集成新的应用,笔者在VB-.的平台基础上提出了一个+!+模式下606H节点管理和群组通信的算法!VW0S",VW0S主要满足如下要求%

!"提供一套统一+%!+模式下606H节点管理和有序群组通信的操作原语$

收稿日期!!""#$%!$!"

作者简介!马!勇!"#男#武汉大学博士研究生(%&’’$

提出了点到点(P2P)模式下协同工作安全群组通信模型,实现了P2P模式下协同工作节点动态加入和退出,以及群组安全可靠有序的通信机制.算法设计的节点管理和节点通信为P2P模式下协同工作应用开发提供了必要的支持.通过理论分析,证明了点组内节点操作的一致性,协同绘图作为

!"为消息的传递提供一个统一的接口#!

!"通过对消息实行认证和加密实现安全通信和节点评估#*

!"实现版本号和内容的绑定$对消息的传递实现增量传输,)

?!相关工作

%(因果一致&结果一致和对象一致’这*个一致性是衡量09>和YWW=I;提出了协同工作的*个一致性%,

协同操作算法正确性的标准,何发智提出了一个6该系统采用-36.P-334.;>:系统$6+作为通信协议$@

’(可以实现.利用中间件技术!也是69:36.P软件的在线迅即协作!,P6QR和6QST."06H典型的研究

方向,利用P提出了一个基于6)6QR技术$V;55<;6D7N;44对微软的Q55=1;组件X=I=3进行了研究$0AP,8

’(’(结构的共享X但=I=3系统63P=D<D7*,U;:Z;D:9<;)是利用6QST.技术来实现606H技术的典型代表$@

是他们都需要由中央服务器来转发消息,以上这些协同都属于典型的集中式协同建模系统$这样的系统结构简单&并发控制容易$但存在网络负载重&通信延迟明显&中心服务器易成瓶颈和单点依赖等问题,

’(复制式6德国006H典型应用是复制式同步建模系统$:3<K等研发的606H$Z;D:9<;R#和

’(但这两个系统仍然采用6-QT.6Q/是复制式同步建模系统的典型代表,QST.的通信转发服务实现通信因此不可能摆脱通信转发的痕迹,支持$

’(’(06H是复制式606H的新的发展方向$Q[D4>:2=44’和BYB\Q]提出的基于+!+模式68等开发.

Q>:343=;I的协同编辑是606H采用+!+模式的典型应用,.>:2=44主要是用来开发文件共享和网格计算@

系统#但是更多的是强调通过V成员资格BYB\Q虽然给出了一个协同编辑的应用$B-.提供的查询服务&

并没有给出如何建立和维护+服务和管道通信核心服务实现基于Q>:343=;I的协同编辑$!+连接以及安全@

有效的群组通信,

8!@A5B

!"#!定!!义

群组通信主要涉及节点和+06H一致性相关的概念,!+的连接$606H一!!这里给出了与群组通信和6

致性主要包括顺序&因果&操作&对象和结果一致性$在此基础上给出了这些定义的数学表达形式,

定义#!设’代表协同任务$"是第-个加入’的节点$则加入’的节点)是加入’的节点的个数$-.!

"$显然$"创建’2集合/’/’-%1""-#)+.!.!)可以定义为%)0*

定义!!设-$3$"是第-个加入’的节点$则有.!"$表示建立了节点.!"到节点.!的---.!3"3"%.!

连接2""%.!"同时成立$""表示建立了自连接,-----&.!&.!.!3"表示.!3"和.!3"%.!.!

定义$!点到点对等模式%

任意!!"$"%.!"$--&.!!!%#-.!.!3"3"3#)!$

不存在!!""-&.!!$!%#-#)$.!3"3’)!2!"%!"!

"上执行的第,个操作6,$操作对象7,$执行结果"!,"0"6,$7,$8,’表示节点.!5!!定义%!4.!5

"上的第,个操作先于节点.!"上的第%个操作发生,"!"!8,24.!,"’4.!%"表示节点.!5959

定义&!顺序一致性%节点.!"上操作,先于操作%发生4.!$那么节点.!"上按同样"!"!5,"%"955’4.!

的顺序执行操作!""!"!4.!,"’4.!%"299

"$"$*+"!"!"!"!59,$%",’%)4.!,"’4.!%"%4.!,"’4.!%"(!!2.!.!5599

节点.!"上操作,先于节点.!"上操作%发生4.!$那么节点"!"!59,"’4.!%"!!定义’!因果一致性%59

"和节点.!"上先执行,操作$后执行%操作4.!"!"!"!"!59,"’4.!%"和4.!,"’4.!%"2.!5599

"$"$*+"!"!"!"!"!"!59,$%"4.!,"’4.!%"%4.!,"’4.!%")4.!,"’4.!%"(!!2.!.!595599

节点.!"执行,操作和节点.!"执行,操作的命令是一样的,59!!定义(!操作一致性%

"!"!4.!,"6,04.!,"6,!259

提出了点到点(P2P)模式下协同工作安全群组通信模型,实现了P2P模式下协同工作节点动态加入和退出,以及群组安全可靠有序的通信机制.算法设计的节点管理和节点通信为P2P模式下协同工作应用开发提供了必要的支持.通过理论分析,证明了点组内节点操作的一致性,协同绘图作为

节点."#执行,操作和节点."#执行,操作的对象是一样的,59!!定义)!对象一致性!

#"#"4.",#7,04.",#7,!259

节点."#执行,操作和节点."#执行,操作的结果是一样的,59!!定义*!结果一致性!

#"#"4.",#8,04.",#8,!259

!"!!标!!记

实现安全可靠有序的群组通信技术$系统采用公钥和对称密钥相结合的加密算法,所用标记如下!

##!用节点."#的公钥进行加密2##!用节点."#的私钥进行解密2##!用节:^E"--6^+"--0=-@."."."^+"

点."#的私钥进行签名$##!用."#的公钥验证签名2用公共密钥;进行加密$用公共密-X;<--:;!6;!."^E"

钥;进行解密2"##!节点."#保留已经执行任务序列集合$""##!节点."#等待执0;:P3>;--0;:HD=:--."."

行任务集合$##!节点."#完成任务的最大序列号2"##!节点."#向全RDO0;<P3>;"--U;J0;<.443:;C--."."

局序列服务器"#申请全局序列号$!_00RDO0;<.443:_00已经分配任务的最大序号

,

!"$!+,-.原语

其点组结构如图%所VW0S采用点组作为资源管理的单位$

示,#和_参与者主VW0S点组内的节点可以分为参与者".1:3<00,

要完成具体的操作,全局序列服务器主要向参与者提供全局序列

号$同时缓存参与者所执行的操作序列$向参与者提供操作序列的

副本,VW0S实现+!+模式下606H主要完成的两个方面的工作!

安全有效的群组通信,+!+系统建立和维护$+!+系统建立和维护

主要通过加入和退出两个原语实现$安全有效的群组通信通过发

送和接收两个原语保证在点组节点之间进行安全有序的通信,

"#节点加入!假设新加入的节点是."#$根据定义知道已经%-

那么原有的节点为任意."#"#有-<%个节点加入点组$""3"-23

建立."#到."#的连接!."##----&."!2

建立."#到."#%."&--1""3"-!23#的连接!任意3%."3#

建立."#的连接!任意3%#&--1""3"-!23#到."."3#%."

节点加入算法满足定义*的两个条件"#和"#$证明如下!%!

当节点."#加入时$执行式"#$很明显满足定义*2假如/’节点加入算法满足定义*2那么节点%*;$

#加入时$要执行式"#$建立."##$产生了一个新的连接2执行式"#$建立任意;=%*;=%;=%)&."."

#%."&$生成;个新的不同连接2执行式"#$建立任意#;=%""3";=%#;=%113%."3#3%."3#%."

&$生成了;个新的不同连接2如果/’只可能是存在."""3";=%""3#3#";=%不满足定义*的要求$

#和."#不满足."#$否则和假设/’如果不满足."#$与式"#;=%;=%;=%;=%)&."3#3#%.";相矛盾2

相矛盾’如果不满足."#%."$与式"#相矛盾’如果不满足."#%."#$与式"#相矛盾2;=%#;=%;=%*3#

所以."#加入到/’;=%/’;$;=%满足定义*的要求,

"#节点退出!假设节点."#离开点组$那么其他节点为(&$该算法描!-%#3#)且3$-13%."3#

述如下!

"#/

断开节点."#到其他节点."取消."#%."$#"#--)0)<%!2’<%$3#的连接$3#."3#成为."3<%

取消."##"#--]&."!2

利用同样的方法$可以证明节点退出算法也是正确的,

"#发送消息!节点向_然后对所要发送的消息进行加密"如图!所示#$发送协*00申请全局序列号$

议具体执行步骤如下!

如果节点.""假设节点."发消息#要执行新的操作并且R"#等于R$可DO0;<P3>;DO0;<.443:3#3#."3#

以向_""#00申请新的任务序列号U;J0;<.443:;C!2."3#"#&

节点"#执行操作3$将:;""#$$"#$##"##"N;1:U;J0;<.443:;C3N;1:‘P"0=‘P"LL@."3#."3#."3#."3#^+."3断开其他节点."#的连接$取消."#--!23#到节点."3#%."图%!VW0S系统结构图"#*"#)"##

提出了点到点(P2P)模式下协同工作安全群组通信模型,实现了P2P模式下协同工作节点动态加入和退出,以及群组安全可靠有序的通信机制.算法设计的节点管理和节点通信为P2P模式下协同工作应用开发提供了必要的支持.通过理论分析,证明了点组内节点操作的一致性,协同绘图作为

和:^E!"!包括节点!"!""!;"打包成消息发送给点组内的其他节点.!-!2.!3"-.!!"

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提出了点到点(P2P)模式下协同工作安全群组通信模型,实现了P2P模式下协同工作节点动态加入和退出,以及群组安全可靠有序的通信机制.算法设计的节点管理和节点通信为P2P模式下协同工作应用开发提供了必要的支持.通过理论分析,证明了点组内节点操作的一致性,协同绘图作为

第/期!!!!!!!!!!马!勇等!+!+模式下协同工作安全群组通信模型的探索&/&C!实!!现

在上面操作原语的基础上实现了+以协同绘图作为该算法的一个实例!+模式下协同编辑和协同绘图!

图)是各个节点进行协同绘图的一个瞬间快照,!来说明该算法在实际中的应用,7D6334=>和4=分别绘制A

了圆柱体的后面"前面和侧面,图)以不同的颜色代表不同节点!不同的鼠标表明了节点当前鼠标所在的位置!实现多鼠标感知!方便节点交流,

D!结束语

客户#服务器结构的6这必然会引06H软件存在一个中央服务器来管理各个节点的运行和消息转发,

起服务器的繁忙和系统对服务器的过度依赖,更符合6文中+!+网络具有动态和平等的特点!06H的本质,定义了+离开"发送和接收原子操作!实现异构网络下节点管理和群组通信!为不同!+模式下606H加入"

应用提供统一的接口!从具体应用中抽象出中立的接口,对现有单机版的软件改造!使其支持节点之间协同工作是今后努力方向,

参考文献!

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!编辑"齐淑娟#!!

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