摘要：針對P2P網絡（Peer-to-Peer network）中的搭便車行為進行了分析，闡述了它對網絡可用性、可靠性和健壯性及可擴展性等造成的負面影響，介紹了針對搭便車行為的抑制機制中的激勵機制，并評價了激勵機制，分析了其面臨的挑戰。最后對激勵機制研究方向進行了展望。
關鍵詞：P2P 搭便車 激勵機制 博弈論
一、P2P網絡中的搭便車行為及其危害分析
目前，P2P網絡通信模式被人們認為在加強網絡上人的交流、文件交換、分布計算等方面大有前途。基于P2P通信模式的軟件，如流行的eMule、Thunder、BitTorrent等，給計算機網絡技術領域帶來了重要變革。
P2P網絡中如果存在大量的搭便車行為，則會降低其可用性、可靠性、健壯性及可擴展性，進一步加劇很可能會導致整個P2P應用系統最終崩潰。下面具體分析這些可能的負面影響。
（1）一般某個節點在P2P網絡中是為了從中獲得自己需要的數據信息。過多的搭便車行為會造成網絡中節點數過多而共享的信息量變化不大，這樣一來熱心節點一旦從網絡中獲得了其自己需要的信息以后，會主動退出該P2P網絡。
（2）如果P2P網絡中更多的節點充當“免費乘客”角色，那么剩余的少量的熱心節點需要承擔更重的資源查詢和數據下載任務，這最終可能會導致兩種后果：由于長期超負荷運作而計算機本身運行速度降低，甚至死機；或者其主動退出P2P網絡。由于許多熱心節點是P2P網絡中的關鍵節點，充當主要服務器或者路由器，如果一臺機器發生故障，那么整個P2P網絡的連通性會發生很大的變化，可靠性、健壯性都會受到嚴重影響。
（3）過多的搭便車行為會使得P2P網絡越來越趨近于Client/Server模式，從而丟失了P2P網絡通信模式的健壯性與可擴展性。最終的結果甚至比C/S模式還差，因為其本身并不是按照Client/Server模式進行建設的，大豬角色的節點可能是由性能一般的計算機來擔當，軟、硬件環境的配置方面不如傳統的服務器可靠、健壯。
因此，為了確保P2P網絡高效、安全、可靠運行，有必要采用適當的措施對過于嚴重的搭便車行為進行抑制。
二、基于激勵機制的搭便車行為抑制機制
激勵機制（incentive mechanisms）是最早提出的搭便車行為抑制方法，也是應用最廣泛的方法．關于激勵機制研究中的一些子問題，如定義和計算節點的信譽度，已成為P2P研究中的熱點．不同激勵機制之間的差異主要體現在效用函數（節點享受服務能力與節點為系統已做貢獻的關系）定義、測量點選擇等方面。下面給出了激勵機制的基本算法流程：1給出一個效用函數；2每個節點定期或事件觸發地計算節點的效用函數；3節點請求發起信息查詢或下載服務；4如果節點效用函數值較高，則進行下載操作，下載后轉到6；
5如果節點效用函數值低，則拒絕下載服務，轉到步7；6節點重新計算效用函數；7系統等待事件觸發，有服務請求則跳轉到步3；如果節點為其它節點提供了服務，則跳轉到步6。
測量點位置選擇是激勵機制設計的關鍵。目前關于測量點的選擇主要有兩種方法：（1）節點對自身行為做自我測量，評價節點在網絡中的貢獻大小；（2）每個節點對鄰接節點進行測量和監督，各個節點的貢獻大小由鄰接節點評價。第一種測量是節點把自身每次提供服務或享受服務的行為記錄下來，工程上容易實現，且開銷比較小．但它很難對付少數節點的惡意欺騙，如虛報為其它節點提供信息服務的次數。節點互相測量與監督的方式能有效地防止少數節點的惡意欺騙，但分布式測量的系統開銷比較大。
目前提出的效用函數具有一個共同特點：節點能享受的服務能力與其所做貢獻的絕對大小（如提供的文件數量、上傳數據大小）直接相關。如果對等網絡中所有節點的軟硬件配置和物理網絡接入環境具有一致性，則比較貢獻的絕對大小是合理的。
三、對激勵機制的評價
（1）效用函數嚴格程度的選擇。過于嚴格的激勵機制會導致搭便車者退出對等網絡，從而用戶數量急劇減少．特別對商用P2P系統，用戶數量是影響整個系統存在的關鍵因素，太少的用戶將導致商業運營失敗。而不采用嚴格的激勵機制，可能又難以達到抑制搭便車行為的初衷。在如何抑制搭便車行為與鼓勵用戶加入對等網絡之間存在兩難。
（2）文獻[2]指出很多節點位于防火墻或地址轉換服務器之內。防火墻可過濾外部網絡對內部網絡的服務請求；地址轉換服務器內的節點沒有外部IP地址，因此物理網絡條件的局限導致它們不能為外網中的節點提供信息訪問服務。
分布式測量與監視機制可有效地防范那些不遵守協議的欺騙節點。然而在實際應用中，它面臨以下兩個挑戰：
（1）節點之間互相監視開銷大.例如：節點i與10個節點相鄰，則節點犃被其它10個節點監視.盡管來自10個鄰接節點的數據可能存在一定差異，但多數關于犃是否為搭便車者的判定結論應該是一致的.對一個節點有多個判定過程，這種重復判斷是資源浪費。
（2）對連接數很高的節點，監視鄰接節點會增加節點負擔。連接數多的節點負載本來就比較重，還要監視眾多的鄰居節點，容易導致節點因負載過重而當機。關鍵節點退出對等網絡，將導致對等網絡崩潰，這違背了抑制搭便車行為的初衷。
四、下一步研究方向
如何抑制對等網絡中的節點搭便車行為，未來的研究將會更長期深入。在實際中已經應用起來的激勵機制中，也有很多地方需要投入精力研究。例如：更為平衡的效用函數與懲罰機制、能跟隨實際情況發生變化的評測點轉換機制、新加入節點得到的服務質量問題、基于網絡環境硬件的抑制機制研究等。
關鍵詞：P2P 搭便車 激勵機制 博弈論
一、P2P網絡中的搭便車行為及其危害分析
目前，P2P網絡通信模式被人們認為在加強網絡上人的交流、文件交換、分布計算等方面大有前途。基于P2P通信模式的軟件，如流行的eMule、Thunder、BitTorrent等，給計算機網絡技術領域帶來了重要變革。
P2P網絡中如果存在大量的搭便車行為，則會降低其可用性、可靠性、健壯性及可擴展性，進一步加劇很可能會導致整個P2P應用系統最終崩潰。下面具體分析這些可能的負面影響。
（1）一般某個節點在P2P網絡中是為了從中獲得自己需要的數據信息。過多的搭便車行為會造成網絡中節點數過多而共享的信息量變化不大，這樣一來熱心節點一旦從網絡中獲得了其自己需要的信息以后，會主動退出該P2P網絡。
（2）如果P2P網絡中更多的節點充當“免費乘客”角色，那么剩余的少量的熱心節點需要承擔更重的資源查詢和數據下載任務，這最終可能會導致兩種后果：由于長期超負荷運作而計算機本身運行速度降低，甚至死機；或者其主動退出P2P網絡。由于許多熱心節點是P2P網絡中的關鍵節點，充當主要服務器或者路由器，如果一臺機器發生故障，那么整個P2P網絡的連通性會發生很大的變化，可靠性、健壯性都會受到嚴重影響。
（3）過多的搭便車行為會使得P2P網絡越來越趨近于Client/Server模式，從而丟失了P2P網絡通信模式的健壯性與可擴展性。最終的結果甚至比C/S模式還差，因為其本身并不是按照Client/Server模式進行建設的，大豬角色的節點可能是由性能一般的計算機來擔當，軟、硬件環境的配置方面不如傳統的服務器可靠、健壯。
因此，為了確保P2P網絡高效、安全、可靠運行，有必要采用適當的措施對過于嚴重的搭便車行為進行抑制。
二、基于激勵機制的搭便車行為抑制機制
激勵機制（incentive mechanisms）是最早提出的搭便車行為抑制方法，也是應用最廣泛的方法．關于激勵機制研究中的一些子問題，如定義和計算節點的信譽度，已成為P2P研究中的熱點．不同激勵機制之間的差異主要體現在效用函數（節點享受服務能力與節點為系統已做貢獻的關系）定義、測量點選擇等方面。下面給出了激勵機制的基本算法流程：1給出一個效用函數；2每個節點定期或事件觸發地計算節點的效用函數；3節點請求發起信息查詢或下載服務；4如果節點效用函數值較高，則進行下載操作，下載后轉到6；
5如果節點效用函數值低，則拒絕下載服務，轉到步7；6節點重新計算效用函數；7系統等待事件觸發，有服務請求則跳轉到步3；如果節點為其它節點提供了服務，則跳轉到步6。
測量點位置選擇是激勵機制設計的關鍵。目前關于測量點的選擇主要有兩種方法：（1）節點對自身行為做自我測量，評價節點在網絡中的貢獻大小；（2）每個節點對鄰接節點進行測量和監督，各個節點的貢獻大小由鄰接節點評價。第一種測量是節點把自身每次提供服務或享受服務的行為記錄下來，工程上容易實現，且開銷比較小．但它很難對付少數節點的惡意欺騙，如虛報為其它節點提供信息服務的次數。節點互相測量與監督的方式能有效地防止少數節點的惡意欺騙，但分布式測量的系統開銷比較大。
目前提出的效用函數具有一個共同特點：節點能享受的服務能力與其所做貢獻的絕對大小（如提供的文件數量、上傳數據大小）直接相關。如果對等網絡中所有節點的軟硬件配置和物理網絡接入環境具有一致性，則比較貢獻的絕對大小是合理的。
三、對激勵機制的評價
（1）效用函數嚴格程度的選擇。過于嚴格的激勵機制會導致搭便車者退出對等網絡，從而用戶數量急劇減少．特別對商用P2P系統，用戶數量是影響整個系統存在的關鍵因素，太少的用戶將導致商業運營失敗。而不采用嚴格的激勵機制，可能又難以達到抑制搭便車行為的初衷。在如何抑制搭便車行為與鼓勵用戶加入對等網絡之間存在兩難。
（2）文獻[2]指出很多節點位于防火墻或地址轉換服務器之內。防火墻可過濾外部網絡對內部網絡的服務請求；地址轉換服務器內的節點沒有外部IP地址，因此物理網絡條件的局限導致它們不能為外網中的節點提供信息訪問服務。
分布式測量與監視機制可有效地防范那些不遵守協議的欺騙節點。然而在實際應用中，它面臨以下兩個挑戰：
（1）節點之間互相監視開銷大.例如：節點i與10個節點相鄰，則節點犃被其它10個節點監視.盡管來自10個鄰接節點的數據可能存在一定差異，但多數關于犃是否為搭便車者的判定結論應該是一致的.對一個節點有多個判定過程，這種重復判斷是資源浪費。
（2）對連接數很高的節點，監視鄰接節點會增加節點負擔。連接數多的節點負載本來就比較重，還要監視眾多的鄰居節點，容易導致節點因負載過重而當機。關鍵節點退出對等網絡，將導致對等網絡崩潰，這違背了抑制搭便車行為的初衷。
四、下一步研究方向
如何抑制對等網絡中的節點搭便車行為，未來的研究將會更長期深入。在實際中已經應用起來的激勵機制中，也有很多地方需要投入精力研究。例如：更為平衡的效用函數與懲罰機制、能跟隨實際情況發生變化的評測點轉換機制、新加入節點得到的服務質量問題、基于網絡環境硬件的抑制機制研究等。
