基于区块链的商用点对点文件分发系统文献综述

 2021-12-08 22:05:59

对于任何有分发文件需求的企业或组织，其分发成本总是居高不下，由于层层原因总是非常昂贵。在资源发布者使用自己的服务分发文件时，不但需要在硬件上投入大量成本，互联网带宽成本相对于投入的总成本而言，比重也非常高。且对于网络带宽的投入不是一次性投入，而是一个持续性的高额投入。该投入将让发布者获得一个固定的可用带宽上限，即投入到带宽的成本有很大一部分一定会因为没有充分使用而浪费掉。若发布者使用第三方CDN服务，则需向其支付流量或带宽租赁费用，虽然总开销通常会比自己文件分发系统小，但总体来说这依然是个不菲的开支。在面临这个问题的同时，一种自由的P2P文件分发体系也在盛行，于是出现了文献[9]中将内容分发与P2P融合的方案,通过动态切换到P2P分发而实现降低中心节点服务和网络负载的目的。

在P2P方面的文献引用分为两类，一是P2P常规应用，二是为了解决基本问题而定义的规则。首先从基础开始，文献[4]是一种为了让为了NAT网络层后的节点也能接入P2P网络的协议，名为STUN,此协议也经历过一次更新并修改了其全称。该协议对于P2P网络来说非常重要，如果没有它，大部分设备都将无法完成P2P对接。还有一个对于建立P2P连接非常重要的基础协议，即文献[14]中的UPnP协议。此协议的基础功能是允许NAT层后的设备向NAT设备发起一个请求建立一个外部端口到内部设备端口的映射，从而使NAT层外的设备能够通过连接该路由设备的外部端口而间接连接到内部设备的端口。

从P2P网络的常规应用来说，通常即为点对点的文件分发或音视频数据流的实时传输，另外还有一些特殊应用，如区块链。由于本文不涉及音视频的实时传输，所以仅引用了与文件分发有关的文献。目前最著名的P2P文件分发应用是BitTorrent，此协议始于2001年4月，至今仍然被广泛使用并且有非常多支持该协议的客户端。同时期较早出现的eDonkey2000 P2P文件分发协议由于其创建者遭受版权方面的法律压力在火热了一段时间后使用率逐渐走低，官方客户端也停止了更新，目前仅靠eMule这样的开源客户端融入了DHT后继续让这个网络保持一些活力。前面所述BitTorrent与eMule所使用的DHT网络都以为文献[3]的Kademlia协议为基础建立，这个协议的特点是开创性地以节点ID间的异或(XOR)运算结果作为节点间的“距离”，而ID又由节点的ip得来，于是节点距离越近的两个网络节点，其ip也会越接近。文献[5]介绍了各种在P2P网络中寻找目标文件的方法，DHT也在其中。文献[6]与文献[9]的目的类似，但具体研究了如何使用P2P网络实现良好的按需视频分发。文献[7]是针对BitTorrent协议中的Tracker系统提出优化方案，使节点能够从Tracker获取更接近真实情况的位于更短网络距离的节点，而不是单纯从节点的ID来判断。文献[2]则是研究如何在一个P2P网络中使文件持久存在，其主要目的不是文件分发，而是确保一个资源在网络上的可用性。

文献[8]是针对BitTorrent协议在现实使用过程中，在大尺度网络上一个资源的可用情况研究，这也是该协议在自由性的前提下失去的资源可用性保证。这是一个显著不适合商业化分发文件的问题，所以本文也将着力解决此问题。

对于区块链这方面文献仅一篇引用[1]，因为本研究要解决的不是如何创建一个区块链，而是对它的使用，所以不会涉及更基础的区块链问题，而仅谈论如何应用。

剩下的是安全和信任问题。文献[11]讲述的是在P2P文件分发系统中的信任和验证问题，文献[13]则是对RSA非对称加密的介绍以及其数字签名的应用，这在开放无中心的网络中是非常重要的基础通信安全问题。文献[12]为在协议实施过程中必须要注意的与UDP有关的问题，防止做出有协议漏洞可被利用的程序，避免引发网络灾难。

文献：

  1. 黄征, 李祥学, 来学嘉, et al. 区块链技术及其应用[J]. 信息安全研究, 2017(3).
  2. 田敬, 代亚非. P2P持久存储研究[J]. 软件学报, 2007, 18(6).
  3. Maymounkov P . Kademlia : A peer-to-peer information system based on the XOR metric[J]. 2002.
  4. Rosenberg J . STUN-Simple traversal of user datagram protocol (UDP) through network address translators (NATs)[J]. IETF, RFC3489, 2003.
  5. Balakrishnan H , Kaashoek M F , Karger D , et al. Looking up data in P2P systems[J]. Communications of the ACM, 2003, 46(2):43.
  6. Huang Yan, Fu Tom Z. J.,Chiu Dah Ming, Lui John C.s,Huang Cheng.Challenges, design and analysis of a large-scale P2P-VOD system[J]. ACM SIGCOMM Computer Communication Review. 2008(38):375-388.
  7. 吕晓鹏,王文东,龚向阳, 等.一种基于Traeker端偏向邻居选择的距离感知BitTorrent系统[J].中国通信,2011,08(2):75-85.
  8. Izal M , Urvoy-Keller G , Biersack E W , et al. Dissecting BitTorrent: Five Months in a Torrentrsquo;s Lifetime[C]// International Workshop on Passive amp; Active Network Measurement. Springer Berlin Heidelberg, 2004.
  9. 刘靖, 赵文举. 融合P2P技术的云平台快速内容分发方法 [J]. 计算机应用, 2017(1):31-36,共6页.
  10. 黄宝琦.区块链技术下互联网金融对传统金融模式的影响和建议[J/OL].中国商论,2018(36):51-52[2018-12-31].
  11. Chen Yang. An Improved Trust and Authorization Mechanism for P2P File Sharing System[A]. IEEE Beijing Section、Guangdong University of Technology、University of Electronic Science and Technology of China.Proceedings of 2017 9th IEEE International Conference on Communication Software and Networks (ICCSN 2017)[C].IEEE Beijing Section、Guangdong University of Technology、University of Electronic Science and Technology of China:IEEE BEIJING SECTION(跨国电气电子工程师学会北京分会),2017:5.
  12. 许慧. DNS服务DDOS攻击监测及清洗策略应用[J]. 信息通信, 2018, No.186(06):142-144.
  13. 刘传领, 范建华. RSA非对称加密算法在数字签名中的应用研究[J]. 通信技术, 2009, 42(3)
  14. 胡军, 周剑扬, 师佳. P2P网络中UPnP穿越NAT的研究与实现[J]. 现代计算机（专业版）, 2009(8).

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