[发明专利]一种命名数据网络下基于分组的隐私保护协作缓存方法

说明书

本发明属于信息安全技术领域，提供了一种命名数据网络下基于分组的隐私保护协作缓存方法。首先，网络中的各个路由器节点收集所需要的信息，根据信息计算信息熵和缓存相似性，之后生成相邻路由器之间边的权重，再将路由器划分为组，使组内路由器缓存状态尽可能相似。然后，根据节点的数量，利用分配算法将内容分堆，将内容映射到哈希环上，并根据分堆结果，将节点也映射到哈希环上，实现负载均衡。最后，各路由器在接收到内容后，进行哈希计算得到目标节点，查看缓存状态表中是否缓存了该内容，根据相应的转发策略进行转发。

技术领域

本发明涉及一种命名数据网络下基于分组的隐私保护协作缓存方法，属于信息安全技术领域。

背景技术

随着技术和应用的快速发展，定制服务已经越来越流行。人们现在关注被请求的内容，而不是内容来自哪里。并且传统的TCP/IP网络已经暴露出越来越多的问题，如可扩展性差、安全性差、移动性弱等。为了解决传统网络中存在的这些问题，近年来，关于下一代互联网架构的研究也有不少。命名数据网络(Named Data Network，NDN)就是其中的一种新的网络模型。NDN作为一个有前景的以信息为中心的网络架构，与IP网络不同，内容名称是NDN中的基本元素，它的特征是内容请求包(称为“兴趣”)和内容响应包(称为“数据”)的基本交换，要求每个消费者根据自己想要请求内容的名字来请求内容，而不关心内容的目的地址。请求节点广播一个包含内容名称的兴趣数据包，该兴趣数据包将通过网络逐级地向服务器转发。如果在中间节点找到了所请求的内容，该内容将沿着原路径被返回给请求节点。每个转发节点根据缓存策略决定是否缓存经过它的内容。

现有的基于命名数据网络的协作缓存方案有几种经典的缓存策略，如原生的NDN缓存策略CEE(Cache Everything Everywhere)、LCD(Leave Copy Down)、和ProbCache，这些策略都是在内容的传输路径上起作用，决定了路径上的哪个路由器缓存该内容。除此之外，还有根据路由器在网络拓扑中的位置来执行缓存策略以及根据内容的流行度来决定是否缓存。另外一个受到较大关注的是联合缓存和转发策略设计缓存方案。这两者之间会相互影响最终决定网络的整体缓存性能。有些方案对基本的缓存策略进行了优化，但仍然存在一些普遍的问题。传统的缓存设计大多为了将流行的内容尽可能地靠近用户，有些方案照顾到了路径上的内容冗余但是忽视了在路径外的内容冗余，另外这些缓存方案都只照顾到了缓存性能而忽视了隐私保护方面的影响。同时，考虑到各个节点间的缓存能力不同，系统中缺乏统筹缓存资源的管理者或者相应的管理机制，可能导致缓存负载的不平衡。

发明内容

为了有效的提高命名数据网络下的隐私保护以及缓存系统性能，本发明提出了一种基于分组的隐私保护协作缓存策略，在提升网络性能的同时保证了用户的隐私。该方案首先提出一个基于贪婪的分组算法，根据节点之间的缓存相似性和信息熵将中间节点进行分组，来提高消费者的匿名性。然后，在组内采用一致性哈希思想来减少组内缓存内容的冗余并设计了一个启发式算法解决一致性哈希中负载不均衡的问题。最后，实现了组内兴趣包的路由转发，使兴趣包可以在组内外安全进行传输。

本发明的技术方案：

一种命名数据网络下基于分组的隐私保护协作缓存方法，步骤如下：

定义变量：

(1)首先根据路由器的请求分布和信息熵将路由器进行分组，从而使组内的路由器具有相似的请求分布和较大的信息熵；

分组的生成与调整，具体过程如下：

(1.1)当路由器收到兴趣包时，统计如下信息：对相同内容的请求包的数量、收到的这些请求包的请求者；

隐私泄露概率：表示为1与某一个内容的请求来自的不同接口数的比值，定义如下：

其中，n(C_i)表示请求过C_i的接口个数；