對(duì)等網(wǎng)中數(shù)據(jù)管理的容錯(cuò)技術(shù)研究.pdf

1、對(duì)等網(wǎng)環(huán)境中節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)性高、可靠性低的特點(diǎn)使得其中的數(shù)據(jù)管理必須考慮容錯(cuò)。對(duì)等網(wǎng)領(lǐng)域早期的數(shù)據(jù)容錯(cuò)研究集中在數(shù)據(jù)的可用性與持久性上，主要討論數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、定位與查詢(xún)的容錯(cuò)技術(shù)，包括網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、消息路由算法、數(shù)據(jù)編碼方式、分發(fā)策略、恢復(fù)時(shí)機(jī)等等。隨著對(duì)等網(wǎng)及其應(yīng)用的不斷發(fā)展，其中的數(shù)據(jù)管理需求也由數(shù)據(jù)傳輸、定位、查詢(xún)、可靠存儲(chǔ)逐漸拓展至數(shù)據(jù)一致性、正確性與保密性的維護(hù)。針對(duì)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)管理的新需求，分析了對(duì)等網(wǎng)數(shù)據(jù)管理所遇到的挑戰(zhàn)，研究了對(duì)

2、等網(wǎng)中副本更新、并發(fā)控制與密鑰保護(hù)的容錯(cuò)技術(shù)，提出了對(duì)應(yīng)的解決方案。
　　 針對(duì)數(shù)據(jù)副本的更新問(wèn)題，提出了一個(gè)副本一致性管理框架。該框架提供一組相容的讀寫(xiě)協(xié)議，由弱至強(qiáng)分別保證副本操作的安全一致性、正規(guī)一致性與線(xiàn)性一致性。允許應(yīng)用在數(shù)據(jù)一致性與性能之間進(jìn)行自主權(quán)衡，并允許應(yīng)用動(dòng)態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)的一致性級(jí)別。通過(guò)混合失效模型，既實(shí)現(xiàn)了對(duì)拜占庭失效的容錯(cuò)，又有效的降低了系統(tǒng)容錯(cuò)所需的節(jié)點(diǎn)數(shù)量與存儲(chǔ)空間。在操作無(wú)沖突時(shí)使用Quorum 系統(tǒng)

3、實(shí)現(xiàn)容錯(cuò)，檢測(cè)到副本狀態(tài)不一致后切換至狀態(tài)機(jī)方式工作，各服務(wù)節(jié)點(diǎn)間協(xié)商確定數(shù)據(jù)的正確狀態(tài)，使副本重新一致。該框架既擁有Quorum 系統(tǒng)消息數(shù)少、操作響應(yīng)快、節(jié)點(diǎn)負(fù)載低的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也具備狀態(tài)機(jī)方法在爭(zhēng)用頻繁時(shí)性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可明顯改善系統(tǒng)的可伸縮性，減少系統(tǒng)的容錯(cuò)開(kāi)銷(xiāo)，能較好的應(yīng)用于對(duì)等網(wǎng)環(huán)境。
　　 為支持涉及多數(shù)據(jù)對(duì)象的復(fù)雜事務(wù)，提出了一組高效可靠的數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等網(wǎng)中容錯(cuò)的并發(fā)控制。首先，針對(duì)良性失效環(huán)境下的對(duì)等網(wǎng)

4、絡(luò)提出了健忘失效模型，更準(zhǔn)確的描述了失效節(jié)點(diǎn)的行為特征。其次，使用對(duì)象的管理節(jié)點(diǎn)維護(hù)涉及該對(duì)象的事務(wù)信息，客戶(hù)節(jié)點(diǎn)通過(guò)管理節(jié)點(diǎn)獲取與其發(fā)生爭(zhēng)用的節(jié)點(diǎn)信息，并主動(dòng)與之協(xié)商解決爭(zhēng)用問(wèn)題，在缺少全局的事務(wù)協(xié)調(diào)者的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)了并發(fā)控制。再次，使用組播樹(shù)的方式對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行多播，有效減少了單次操作的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。
　　 接著，通過(guò)為請(qǐng)求設(shè)立租期的方式，有效實(shí)現(xiàn)了對(duì)客戶(hù)節(jié)點(diǎn)失效的容錯(cuò)?；诜怄i的悲觀(guān)并發(fā)控制協(xié)議在當(dāng)前擁有封鎖的節(jié)點(diǎn)上維護(hù)封鎖隊(duì)列

5、，釋放封鎖的同時(shí)即申請(qǐng)新的封鎖請(qǐng)求，在高負(fù)載環(huán)境下表現(xiàn)出穩(wěn)定的性能。在爭(zhēng)用協(xié)調(diào)的同時(shí)以邊界跟蹤的方式檢測(cè)死鎖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)潛在的死鎖環(huán)后使用路徑推動(dòng)算法在候選節(jié)點(diǎn)間確定死鎖，減少死鎖檢測(cè)時(shí)間的同時(shí)限制了解決死鎖的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷(xiāo)。基于版本的樂(lè)觀(guān)并發(fā)控制協(xié)議利用同一事務(wù)所產(chǎn)生的對(duì)象版本號(hào)在不同對(duì)象的不同版本間建立邏輯上的先后關(guān)系，并以其為基礎(chǔ)推理事務(wù)之間的依賴(lài)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了事務(wù)并發(fā)執(zhí)行的亞可串行化。
　　 針對(duì)對(duì)等網(wǎng)中密鑰信息存儲(chǔ)問(wèn)題，提出了一個(gè)

6、基于身份的動(dòng)態(tài)安全的多秘密共享方案，并對(duì)其正確性與安全性進(jìn)行了分析與證明。首先，使用基于身份的公鑰密碼系統(tǒng)避免了公鑰與實(shí)體身份的綁定問(wèn)題。其次，通過(guò)聯(lián)合秘密共享與密鑰協(xié)商算法將管理節(jié)點(diǎn)的功能分布至一組節(jié)點(diǎn)上予以實(shí)現(xiàn)。再次，構(gòu)造公開(kāi)可驗(yàn)證的加密與零知識(shí)證明，有效的對(duì)抗了成員欺騙，去除了對(duì)可信第三方的要求。最后，采用多副本形式管理系統(tǒng)參數(shù)與組參數(shù)，使完成任何操作均只需門(mén)限個(gè)誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)即可，且無(wú)需同時(shí)在線(xiàn)。方案允許動(dòng)態(tài)的添加與移除成員、動(dòng)態(tài)的改