基于Voronoi图的P2P网络游戏访问控制机制和协议层安全研究

论文摘要

随着信息技术的发展和人们娱乐方式的改变，越来越多的人参与到各种网络游戏中，时至今日网络游戏已经发展成为一个数十亿美元计的产业。传统的基于C／S架构的网络游戏具有可扩展性不好，运营成本高的缺陷。于是研究人员提出了基于P2P架构的大规模多人在线网络游戏的概念。本文介绍了P2P网络游戏的原理，并与传统的基于C／S架构的网络游戏进行性能对比，指出了P2P游戏的优势所在，进而分析比较了目前主流的几种P2P游戏技术，最终选择最有发展前景的基于Voronoi图的P2P游戏作为本文安全研究的基础。虽然P2P架构具有C／S架构无法比拟的诸多优势，但是相对于后者，前者在大规模商用方面也存在一个致命的弱点，即安全性难以保障。P2P网络游戏既有传统的网络游戏通有的安全问题，又有其自身特有的安全需求，例如P2P网络游戏访问控制难，开发商和运营商难以计时计费。本文的第三章详细论述了这些问题，设计了游戏节点之间建立连接的算法和通信流程，在此基础上设计了一种新的动态口令双向身份验证协议，然后结合基于Voronoi图的P2P网络游戏自身的特点设计了一种利用基于软件的访问控制令牌技术解决了难以计时计费的问题。第五章实现了访问控制机制，实验结果表明该机制有效地解决了访问控制以及计时计费问题。除了访问控制问题外，P2P网络游戏在协议层也存在着安全威胁，原因是所有的游戏逻辑都集成在客户端，客户端之间直接交互，服务器无法监控客户端的活动，如果攻击者有能力执行协议层欺骗，游戏的公平性就被破坏了。本文第四章研究了协议层安全问题，分析了NEO协议和SEA协议的安全性能，借鉴了其长处，改进了其不足，最终设计了一种适用于基于Voronoi图的P2P网络游戏的安全交互协议即VSEO协议，本文第五章在开源项目VAST的基础上实现了此协议，理论分析证明该协议可有效抵抗协议层欺骗，仿真结果表明该协议对游戏性能影响微小。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 第二章 P2P 式网络游戏的原理及性能分析
• 2.1 P2P 网络游戏简述
• 2.2 几种典型的 P2P 网络游戏架构
• 2.2.1 SimMud 架构
• 2.2.2 基于邻居列表交换的架构
• 2.2.3 Solinsis 架构
• 2.2.4 基于 Voronoi 图的架构
• 2.3 P2P 架构网络游戏的性能分析
• 2.3.1 P2P 网络游戏的设计准则
• 2.3.2 C/S 架构和 P2P 架构网络游戏的性能比较
• 第三章 P2P 网络游戏的访问控制机制
• 3.1 基础知识
• 3.1.1 P2P 跨域通信原理
• 3.1.2 协助连接建立的中间人的选择
• 3.2 访问控制
• 3.2.1 客户端和服务器的双向身份认证
• 3.2.2 访问控制令牌
• 第四章 P2P 游戏的协议层安全
• 4.1 P2P 网络游戏的威胁模型
• 4.1.1 背景知识
• 4.1.2 欺骗的类型
• 4.2 NEO 协议
• 4.2.1 NEO 协议描述
• 4.2.2 NEO 存在的问题
• 4.3 SEA 协议
• 4.3.1 SEA 协议描述
• 4.3.2 SEA 协议对消息的检测
• 4.3.3 SEA 协议中投票的生成
• 4.3.4 SEA 协议的性能分析
• 4.4 基于 Voronoi 图的 P2P 网络游戏中的安全通信协议
• 4.4.1 SEA 协议结合基于 Voronoi 图的 P2P 网络游戏的分析
• 4.4.2 一个适用于基于 Voronoi 图的 P2P 网络游戏的安全协议
• 4.4.3 安全性分析
• 第五章 访问控制和协议层安全机制的实现
• 5.1 访问控制系统原型的设计
• 5.1.1 访问控制系统需求分析
• 5.1.2 访问控制系统设计
• 5.1.3 访问控制系统原型的实现
• 5.2 VSEO 协议的实现
• 5.2.1 VSEO 协议的程序实现
• 5.2.2 VSEO 协议仿真
• 总结与展望
• 全文总结
• 进一步的工作
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文