[發明專利]一種拜占庭環境下的P2P系統負載感知方法

在審

• 申請號: 202211066678.0
• 申請日: 2022-09-01
• 公開（公告）號: CN115473900A
• 公開（公告）日: 2022-12-13
• 發明（設計）人: 范維;佟興;張召;金澈清;周傲英;楊艷琴
• 申請（專利權）人: 華東師范大學
• 主分類號: H04L67/1004
• 分類號: H04L67/1004;H04L67/1042;H04L67/1061;H04L67/145
• 代理公司: 上海麥其知識產權代理事務所(普通合伙) 31257
• 代理人: 董紅曼

本發明公開了一種拜占庭環境下的P2P系統負載感知方法，使用一致性哈希進行負載均衡分配和負載估計，解決在P2P網絡中節點之間互不信任和部分節點存在作惡可能性的拜占庭環境下，如何感知系統負載的問題。本方法利用一致性哈希實現請求的唯一分配，避免多個節點重復報告負載，同時利用一致性哈希實現請求的均衡分配，通過一致性哈希中哈希算法的映射，將服務器節點均衡地錨定于哈希環上某個端點，保證每個節點報告的負載盡量接近，降低拜占庭節點惡意報告或不報告負載對主估計值的影響。

技術領域

本發明屬于分布式網絡技術領域，涉及一種拜占庭環境下的P2P系統負載感知方法。

背景技術

在單機存儲和計算能力達到極限后，分布式存儲系統和分布式計算系統應運而生。若干臺計算機通過網絡進行信息交互組成P2P系統，大型任務被合理分配到各機器上并行執行，整體處理效率得到提高。但同時帶來的問題是“分布式系統如何有效分配任務和管理機器”，如果管理者節點能實時了解P2P網絡中各節點機器的狀態和負載，就能合理分配任務，解決該問題，所以問題可轉化為“如何感知P2P系統中各節點的負載”。在普通網絡環境下可以采用一個管理者節點定期與其他節點交互，管理者節點收集它們的負載信息進行決策。

拜占庭環境指存在惡意節點的不安全分布式網絡環境，其源自拜占庭羅馬帝國戰爭時期的真實場景。在這個場景中，將軍們只靠信使傳遞消息，如何在有叛徒將軍干擾的情況下，讓將軍們達成相同戰略決策的問題被稱為拜占庭將軍問題。所以在分布式領域的拜占庭環境中，拜占庭節點(區分于正常節點)會作惡，偽造虛假的負載信息干擾管理者節點的決策，在這種情況下，管理者節點難以通過簡單的網絡交互從所有服務器節點中獲取真實的系統整體負載信息。

一致性哈希是一種特殊的哈希算法，這種算法主要用于解決分布式系統的動態擴容縮容問題。當集群添加或移除服務器節點時，一致性哈希技術能夠盡可能小地改變已存在的服務請求與處理請求節點之間的映射關系。一致性哈希具有可擴展性，保證在增加或減少服務器節點時，數據存儲的改變最少，相比傳統哈希算法大大節省了數據遷移的開銷。同時一致性哈希在數據快速增長時也能維持良好的負載均衡性能，通過引入虛擬節點，一個實際節點可以映射到多個虛擬節點上，當數據不斷增長時，部分虛擬節點中可能包含很多數據，造成在虛擬節點上的分布不均衡，此時可將包含數據多的虛擬節點分裂成兩個虛擬節點而不影響其他的虛擬節點，也就無需對全部數據進行重哈希和劃分。這樣就可以隨數據增長而動態擴展物理節點的數量，其代價相比傳統的哈希算法重映射要小很多。

發明內容

為了解決現有技術存在的不足，本發明的目的是提供了一種拜占庭環境下的P2P系統負載感知方法。該方法通過一致性哈希感知系統負載，主要分為兩個方面，一是利用一致性哈希實現請求的唯一分配，避免多個節點重復報告請求，二是利用一致性哈希實現請求的均衡分配，保證每個節點報告的負載盡量接近，降低拜占庭節點惡意報告或不報告負載對主估計值的影響。

實現本發明目的的具體技術方案是：一種基于一致性哈希的拜占庭環境下的P2P系統負載感知方法，包括以下步驟：

步驟1：構建P2P集群網絡，配置節點身份信息，并啟動集群機器。身份信息包括節點角色(服務器節點或管理者節點)、節點IP、節點ID(用于唯一識別服務器節點)和公私鑰(用于加密消息和身份驗證)等信息。集群是網絡中承擔相同職責的服務器節點的集合，本發明中集群包含若干個服務器節點，其中一個服務器節點作為管理者節點(管理者節點本身也是一種服務器節點)。如果管理者節點宕機，集群網絡會快速在剩余的服務器節點中選舉出一個管理者節點。服務器節點主要負責處理來自客戶端的請求，統計本節點處理的負載，并匯報給管理者節點。

管理者節點具有以下幾個職責：

第一、管理者節點負責監控和管理整個系統，某個時刻只有一個管理者節點，它維護整個集群網絡中節點的ID、IP和端口等配置信息。