P2P文件共享系统假块污染攻击的测量与防御

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P2P文件共享系统自诞生的那一刻起,为用户在互联网中传播文件提供了极大的便利,弥补了传统HTTP/FTP等中心化下载方式的不足。从以集中式网络拓扑为代表的第一代P2P文件共享软件Napster,发展为分布式拓扑网络结构的第三代系统eMule/BitTorrent,P2P文件共享系统的健壮性和可用性都得到了显著提升。  随着用户数量的增长,P2P文件共享系统中的安全性成为了研究热点。在当前十分流行的P2P文件共享网络中,存在着诸多安全隐患,例如Sybil攻击,索引污染攻击,文件污染攻击以及假块污染攻击。在这些攻击行为中,假块污染攻击由于仅能在验证过程中发现,具有很强的隐蔽性,严重干扰了正常的文件下载过程。本文测量了eMule系统的假块污染攻击状况,并深入研究了假块污染攻击的对抗策略,主要包括:  1)以多轮下载和细粒度hash验证的方法为基础,设计了Smart-Detecting假块污染攻击测量方法。Smart-Detecting方法可以准确辨别假块污染攻击节点和正常节点。在eMule客户端中实现了该方法,并进行了假块污染攻击测量实验。选取了电影、音乐、软件和游戏四大类热门资源,对种子节点进行下载测量,最终证实了在eMule系统中存在假块污染攻击,并分析了假块污染攻击节点的攻击行为特点。  2)通过选取两个eMule系统中的目标文件进行模拟假块污染攻击实验,证实了假块污染攻击对于正常下载过程有着巨大的危害,并分析了假块污染攻击在下载时间和带宽消耗方面的影响。对于热门资源,假块污染攻击可以使客户端延长六倍以上的下载时间。对于冷门资源,假块污染攻击使得客户端在72小时也无法完成11MB左右的文件下载。  3)以帮助客户端更快完成下载为目标,本文设计了Smart-Blacklisting假块污染攻击对抗策略。利用数学模型论证了该策略的有效性,并通过仿真实验证明了该策略在下载时间和带宽消耗上都明显优于已有方法。在攻击强度为0.2时,Smart-Blacklisting在带宽消耗仅为eMule黑名单方法的50%,下载时间仅为其13%。  4)在现有的eMule0.50a系统中实现了Smart-B lacklisting策略,并在与第二部分相同的环境条件下,进行了真实网络环境下的Smart-Blacklisting对抗效果实验。最终验证了本策略可以有效缓解假块污染攻击对下载客户端的影响。对于热门文件,Smart-Blacklisting用时约为eMule黑名单方法的2%。对于冷门文件,Smart-Blacklisting仅用时19分钟就完成了eMule黑名单方法72小时内也未能完成的下载任务。  基于上述工作,本文对假块污染攻击的原理和状况进行了深入研究,提出了Smart-Blacklisting策略,经过模型论证,仿真实验和真实网络环境下的实验,证实了该策略的有效性。在低攻击强度下,可以有效地缓解下载时间和带宽消耗受到假块污染攻击的影响。在高攻击强度下,可以保证用户总能正常完成下载。通过真实网络环境下的对抗实验,证实了Smart-Blacklisting策略优于现有方法。
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