Đồ án môn học Đồ án cơ sở kỹ thuật công nghệ thông tin ứng dụng p2p trong mạng máy tính

Trong ký nguyên số, khi công nghệ kết nồi ngày càng phát triển, mô hình mạng ngang hàng Peer-to-Peer - P2P đã trở thành một trong những giải pháp đột phá, mở ra nhiều cơ hội mới trong vi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYÊN TÁT THÀNH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Giảng viên hướng dẫn: DƯƠNG MINH TUẦN

Sinh viên thực hiện : PHAN ĐĂNG KHOA

MSSV : 2200006849

Khoá : 2022 — 2026

Ngành/ chuyên ngành : CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Tp HCM, tháng 09 năm 2024

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NGUYÊN TÁT THÀNH

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Giảng viên hướng dẫn: DƯƠNG MINH TUẦN

Nhóm viên thực hiện : NGUYEN MANH HIEU - 2200010382

PHAN DANG KHOA - 2200006849 Khoa : 2022 — 2026

Ngành/ chuyén nganh : CONG NGHE THONG TIN

Tp HCM, thang 09 nam 2024

Trường Đại học Nguyễn Tat Thanh CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa Công Nghệ Thông Tín Độc lập — Tự do - Hạnh phúc

HUII HUII

NHIỆM VỤ ĐỎ ÁN CƠ SỞ CHUYÊN NGÀNH

Họ và tên: PHAN ĐĂNG KHOA -2-552222c2ccssea MSSV: 2200006849

Chuyên ngành: KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Lớp: 22DTH2A

Email: khoaphan470@gmail.com

SDT: 0349925604

Tén dé tai: TIM HIEU UNG DUNG P2P TRONG MANG MAY TINH

Giảng viên hướng dẫn: DƯƠNG MINH TUẦN

Thời gian thực hiện: 21/06/2024 đến 06/09/2024

Nhiệm vụ/nội dung:

-_ Tìm hiểu về tổng quan về mô hình P2P.Tìm hiểu về các cấu trúc, công nghệ liên quan đến mô hình P2P.Trình bày các vấn đề và đề xuất giải pháp.Thực nghiệm và triển khai các hệ thống mô hình đề xuất

- Keét quả, kết luận hoàn thành đồ án

Nội dung và yêu cầu đã được thông qua Bộ môn

TP.HCM, ngày 24 tháng 09 năm 2024

TRƯỞNG BỘ MÔN GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

LOI CAM ON

Đề hoàn thành chuyên đề báo cáo kết thúc môn này trước tiên em xin gửi

đên quý thây, cô lời cảm ơn chân thành va sâu sắc nhật

Đặc biệt, em đặt biệt xin gửi đến Thầy Dương Minh Tuấn người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành chuyên để báo cáo kết thúc môn này lời cảm ơn sâu sắc nhất đã giúp đỡ, cung cấp nhiều thông tin quý báu

và tạo điều kiện cho em trong quá trinh thực hiện chuyên dé nay

Do kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiểu sót trong cách hiểu, lỗi trình bày Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của

quý thầy cô để báo cáo và đồ án kết thúc môn học đạt được kết quá tốt

hơn

Em xin chân thành cảm on!

Sinh viên thực hiện

Phan Đăng Khoa

LỜI MỞ ĐẦU

Ngành công nghệ thông tin là một ngành khoa học đang trên đà phát triển mạnh và ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực Cùng với xu hướng phát triển của các phương tiện truyền thông như Báo, Radio thì việc sử đụng Internet ngày cảng phô biến Truy cập

Internet, chúng ta có được một kho thông tin khong 16 phuc vu moi nhu cầu, mục đích của

chúng ta chỉ bằng một cái nhấp chuột Trong ký nguyên số, khi công nghệ kết nồi ngày càng phát triển, mô hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer - P2P) đã trở thành một trong những giải pháp đột phá, mở ra nhiều cơ hội mới trong việc chia sẻ đữ liệu và tài nguyên giữa các thiết bị mà không cần đến máy chủ trung gian Từ các hệ thông chia sẻ tập tin, mạng xã hội phân tán cho đến những ứng dụng phức tạp như blockchain, P2P đã chứng minh tiềm năng to lớn trong việc tôi ưu hóa kết nối và tăng cường sự phân tán Báo cáo này sẽ khám phá cách P2P thay đôi cách chúng ta tiếp cận mạng máy tính, làm rõ các mô hình hoạt động chính và ứng dụng thực tiễn của nó Với những ưu điểm vượt trội về hiệu quả, độ tin cậy và khả năng mở rộng, mạng P2P hứa hẹn mang lại nhiều đột phá, nhưng cũng đi kèm với những thách thức cần được giải quyết đề phát huy tối đa tiềm năng của công nghệ này trong tương lai Hoàn thành xong để tài, chúng em vô cùng biết ơn thây, cô

đã nhiệt tình giảng dạy, hướng dẫn và đặc biệt là thầy Dương Minh Tuần người trực tiếp hướng dẫn nhiệt tình cho chúng em trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tai nảy

NHAN XET CUA GIANG VIEN HUONG DAN

| |]

KY THI KET THUC HOC PHAN

TRUONG DAI HOC NGUYEN TAT THANH

HỌC KỲ .HH NĂM HỌC 2023 - 2024

TRUNG TÂM KHẢO THÍ

PHIEU CHAM THỊ TIỂU LUẬN/ĐỎ ÁN

Môn thi: Đồ Án Cơ Sở Kỹ Thuật Công Nghệ Thông Tĩn Lớp học phần:22DTH1A

Nhóm sinh viên thực hiện :

1 Nguyễn Mạnh Hiếu 55s: Tham gia đóng góp: 100%

2 Phan Đăng Khoa cc5 Tham gia dong gop: 100%

Ngày thi: 24/09/2024 2 cà Phong thị: L.402

Phân đánh giá của giảng viên:

MỤC LỤC

CHƯƠNG I TỎNG QUAN ĐÈ TÀI 222 25222222212222112 2222 2e ll I.1 Lịch sử phát triễn 2S SE 112112112112 121 1C nung ro 12

I2 Tông quan các nghiên cứu trước đây - s2 xen 13

I.3 Vấn đề cần giải quyết - 5c nọ HH nHH nh HH HH HH He uện l5 IL3.I Phân Phối Tải Không Đồng Đầều S ST ng tro l6

L3.2 Báo Mật và Độ Tin Cậy LH S H211 111101111111 ke, 16 L3.3 Khả Năng Mở Rộng và Hiệu Suất - 2 2t Hee ro 16

I.4 Đề xuất 1 số giải pháp - 15s TH 1 g1 1n HH gu uện 18

L4.1 Mô Hình Super Node L Q22 2112121112222 Hk Hy re 18

14.2 Mã Hóa Dữ Liệu Đầu-Cuối (End-to-End Enecryption) 5-5 19

L4.3 Thuật Toán Tối Ưu Hóa Lưu Luong (Traffic Optimization

CHƯƠNG II CƠ SỞ LY THUYET 2 ccccceceeecesseeecesseeeecsseecesteeeeenseessnneeesssveses 21

TL Khai ni@im P2P Loc ccnceeecesceaseeseeaseesenssenseesseesseseessenseesseseeseens 21 H2 Ưu — Nhược điểm của mô hình P2P 2 s2 E1 2E1111 7t cty rườn 22 I3 Nguyên lý hoạt động của mô hình P2P Q0 22212122122 11181121 treo 23 II.4 Phân loại các mô hình P2P S1 2 22 1121115211111 5712511 1115111218111 xky 25

11.4.1 Mô Hình P2P Thuần (Pure P2P) - 2S E2 22H HH yn 25

IL4.2 Mô hình P2P lai (Hybrid P2P) 0 211 H121 H11 Hye, 26 I.4.3 Mô Hình P2P Có Cấu Trúc (Structured P2P') - c co eằ 27 IL.4.4 Mô Hình P2P Không Cấu Trúc (Ủnstructured P2P) 28 II.5 Các công nghệ và hệ thống liên quan 2-5 SE E12 E1 1t chen 29 I.5.1 Blockchain và Tiền điện tử -L Q0 0 2112 nH nhe ne 29 11.5.2 Mang chia sẻ file (File Sharing Networks) seo 31

11.5.4 Mang phan tan (Distributed Networks) 000000000000c cece 34 IL.5.5 Mang IoT (Internet of Thỉngs) L1 11 HT HH HH Hà 36 I6 Rằng buộc trong các giải pháp được đề xuất ch ngư 36 11.6.1 Ràng buộc trong Mô Hình Super Node cece 36

11.6.2 Ràng buộc Mã Hóa Dữ Liệu Đầu-Cuối (End-to-End Encryption) 37

11.6.3 Ràng buộc trong Thuật Toán Tối Ưu Hoa Luu Luong (Traffic

Optimizafion Algorithm§) - 2 0 0222111122111 11115111 H g2 tr ng 11x re 38 II.7 Xây dựng mồ hình QC 222221112111 12251 115111511211 1811511111111 kệ 38 11.7.1 Xây dựng mô hình Super Node - 2 22211122 nhe 38

I7.2 Xây dựng mô hình Mã Hóa Dữ Liệu Đầu-Cuỗi - 5 si 41

11.7.3 Xây dựng mô hình Thuật Toán Tối Ưu Hóa Lưu Lượng 44 II.§ Lý giải xây dựng mô hình - c0 2222212111121 1 1211121111811 211 1118128111 47 11.8.1 Lý giải xây dựng Mô Hình Super Node 22c c2 2c csese 47

11.8.2 Lý giải xây dựng Mã Hóa Dữ Liệu Dau-Cudi (End-to-End

11.8.3 Lý giải Thuật Toán Tối Ưu Hóa Lưu Lượng (Traffic Optimizafion [40011114053 EHT'£a 4 49

CHƯƠNG IIT MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM - SE E221 1E t.Eterrrrerree, 50

HI.1 Trình bày mô hình Super Node Q0 2.11211211211111 tre 50

II.1.I Mô hình vật lý 2-5 5S E2 222122222 t1 trerreerrae 50 II.1.2 Cài đặt mô hình 2 SE E121 21 ke ra 51

II.1.3 Thử nghiệm m6 bith cece cecceecceceeceeseeseeeaeeesaeneseeeaaes 53

HI.1.4 C&R HRI elec ccc ccccccc ccc ecscecsesssessesssessesssessessiessessissssanseessessesisanteseeees 54 III.2 Trình bày mô hình Mã Hóa Đầu-Cuối 22 SE E121 2 1c cee 59

II.2.I Cài đặt mô hình mã hóa đối xứng - 2 2S SE testes 59

IIL2.2 Cài đặt mô hình mã hóa bắt đối xứng - 2 SE gen 61

III.3 Trình bày mô hình Thuật Toán Tối Ưu Hóa Lượng 2-5255 S2: 63

II.3.I Cài đặt mô hình -2 S2 SE HE E122 12tr ra 63 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ, - s SS E2 E1 1tr ga 66 Tài Liệu Tham Khảo 22 S25 E2E1211211221121122 1211021122012 1 errerrau 69

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hinh I.1 Mạng P2P Q22 1121121121111 1111112011011 1 1111 81111111011 1110121111111 11 11T H HH kg 9 Hình 1.1 1 Mô hình mạng P2P đơn giản L2 2011111211211 1121111111111 11111 x re 10 Hình 1.2 1 Nghiên cứu của Klaus et al phân phối dữ liệu đều cho các nút II Hình 1.3 2 Mô hình phân tán được duy trì không cần qua hệ thống trung gian 12

Hình 1.3.1 Các vấn đề thường gặp khi triển khai mô hình P2P 52 2csccezxsrxez 14

Hình 1.3.2 Minh họa khả năng mắt an toàn và bị tắn công - c5 Sàn re 15

Hình I.4 1 Mô hình ŠSupernode - c1 2 2121212111121 112111 0111181118111 11 8128 key 16

Hình 1.4 2 Mô hình mã hóa đữ liệu đầu cuối - 55 2222222 221122211211 17

Hinh 1.4 3 M6 hinh t6i uu hoa Wrong cece cecccccseescseeseesesseseeseesesveseesvsseseeesevseseeseveeees 18

Hinh 2.1 1 M6 hinh mang P2P ooo ccc 2001211121111 12 111151110111 1111811201118 1k ykt 19 Hình 2.2.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản Q0 02012222 11H12 H11 ke 20

Hình 2.3 1 Base P2P \ModelL - 1211211121151 1151 11111511111 101 1111 1110118111011 111k rệt 22 Hinh 2.3 2 Hybrid P2P ModelL - c2 23122122111 15121 1111111111 1110111111281 1111 11518 xe 23 Hình 2.3 3 Mô hình P2P có cầu tTÚC 2: 2222521 EE1212112112121121121 E721 EEerrre 24

Hình 2.3 4 Mô hình P2P không cầu trÚC - s- 1 1 EE1211112112112111 2112.121 Etrree 25

Hình 2.4 1 Mô hình Blockchain và tiền điện tử s22 222g 26

Hình 2.4 2 Mô hình mạng chia sẻ ÌNapsfer 22 2211211121111 1 1111111111111 re 27

Hình 2.4 3 Mô hình mạng chia sẻ Gnufela L2 2211221122212 211551151 rre 28

Hình 2.4 4 Mô hình BItTorTr€Ti 2 022122121221 121 121151151111 15121 281111711 11 HH ray 29 Hình 2.4 5 Mô hình mạng phân tắn DHÏT - 2 2 2201211121111 1121 1111111111111 1111111 1E 30 Hình 2.4 6 Mô hình mạng phân tán Freenet - - c0 2.11211111121111 1111 111111111811 re 31

Hình 2.4 7 Mạng IoT kết hợp với P2P s21 1E1121111212111 121 trau 32

Hình 2.4 8 Các ràng buộc mô hình Super Nođe - 2 2 3211211121111 xe 33

Hình 2.4 9 Sơ đồ quá trình gửi nhận - 2-51 SE 21111121211 111.1 E121EEHE HH rêu 37

Hình 3.1 1 Cài đặt Super Node CÏass Q.0 212121112111 2211 2211 11H key 48 Hinh 3.1 2 Cai dat PeerNode Class.i 00ooo ieee ce cceccccccccnscecceesnsnseceseessssseeenneesnneneses 48 Hình 3.1 3 Mô phỏng mạng 2 0 2212121112111 1211121111111 1811 2011118111511 1181k k ky 49

Hinh 3.1 4 Kết quả mô phỏng - 5 5 1S 1 1 E12E111E11E1111212112111 122111 nt nêu 50

Hình 3.1 5 Cải tiễn mô hình - 52222222222 22211122211222111221111211121111.1111 111 1e 51

Hình 3 l 6 Thử nghiệm giao tiẾp 1 SE 1E EE1211212112112121 E11 1.1111 HH HH rêu 52

Hinh 3.L 7 Cài đặt thư viện c2 22121121121 1211212 110115111 111211 110111118 nh 52

Hình 3.1 8 Cập nhật PeerNodk 01201211 22112211 1112111011811 011 1111 key 53

Hình 3 I 9 Cập nhật cân bằng tải - 1 ST 1 1 1221211222111 1E rry 54

Hình 3.1 10 Thử nghiệm lại - 2 2s S2 2127171211221 1122 1 tre 55 Himh 3.2 1 KhOi tao KhOa ccc ccececccsssesscsssessvssvessvessessvessessssssesssessessusssessnsssesssssessveeass 56 Hình 3.2 2 Giải mã & mt nan cece cece ccccescesscessessvessvsevecsesssessesssessvsssessessesseseeseeens 57 Hình 3.2 3 Mã hóa tại node A ccccccccccceseeeeceseetstececcceccccccccesesessntttttsceeecececeeeeanaas 57 Hình 3.2 4 Giải mã tại node ÖB - LH nu nu 57 Hình 3.2 5 Tạo Khóa s S1 E2 2212112 21 12t 21H tt treo 58

Hinh 3.2 6 Ma hoa bang khoa cong khai cccccccecccccsesescscssesscsteseescstestesvsseseseesevseeaees 59 Hình 3.2 7 Giải mã bằng khóa bí mật ceccsceccesesessesscsesseeevevsvsveecevsrsecevsvevseteees 59

Hình 3.2 8 Lưu trữ và chia sẻ khóa ceeecccecceeecccccccnssesscesesstsseeseesnsesnsnenseees 60

Hình 3.3 1 Cài đặt tối ưu hóa lượng - - ST E111 1121211 1n gà 61 Hình 3.3 2 Cài đặt tối ưu hóa lượng St E11 E21111 21211 121gr rey 61 Hình 3.3 3 Cài đặt tối ưu hóa lượng 1c E11 212111 12111 1tr rêu 62

CHUONG I TONG QUAN DE TAI

Trong thời đại công nghệ thông tin hién dai, m6 hinh mang Peer-to-Peer (P2P) đã trở thành một yếu tố quan trọng trong việc thiết kế và triển khai các hệ thống phân tán Khác biệt với các mô hình mạng truyền thống, nơi một máy chủ trung tâm chịu trách nhiệm quản lý và phân phối dữ liệu, mạng P2P cho phép các nút trong mạng kết nỗi trực tiếp với nhau Mỗi nút không chỉ nhận mà còn cung cấp tài nguyên, tạo ra một mạng lưới phân tán, linh hoạt và hiệu quả Mô hình này đã chứng mình được giá trị

của mình trong nhiều lĩnh vực, từ chia sẻ tệp tin và truyền tái dữ liệu thời gian thực

đến các hệ thống phân tán tiên tiễn như blockchain Báo cáo này sẽ khám phá các khía cạnh cơ bản của mạng P2P, bao gồm nguyên lý hoạt động, các loại mô hình P2P, ứng dụng thực tế, và các thách thức cũng như giải pháp liên quan đến việc triển khai và

Năm 2000 đánh dấu bước ngoặt voi sy xuất hiện của Gnutella, mang chia sé file P2P dau

tiên, nơi chỉ cần một ñle chỉ định trước là có thể truy cập vào file trên máy tính của người khác Cuối cùng, vào ngày 3 thang | nam 2009, mạng P2P và Bitcoin đã chứng kiến sự

triển khai và phát triển mạnh mẽ, mở ra một ký nguyên mới của sự kết nối và chia sẻ

I2 Tổng quan các nghiên cứu trước đây

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng mạng P2P có khả năng mở rộng tốt và giảm thiểu tắc nghẽn so với các mô hình mạng tập trung Dưới đây là một số nghiên cứu quan trọng: e_ Klaus et aL (2005): Nghiên cứu này phân tích hiệu quả của mạng P2P trong việc chia sẻ file, đặc biệt là cách mà Gnutella phân phối tải đều giữa các nút để cải thiện tốc độ tải xuống và giảm tải cho máy chủ trung tâm Các kết quả cho thấy sự phân

phối tái hiệu quả có thể cải thiện hiệu suất tổng thê của hệ thông chia sẻ file

Hinh 1.2 1 Nghiên cứu của Klaus et al phân phối đữ liệu đều cho các nút

- Két qua:

+ Phan phối tải: Gnutella sử dụng cơ chế phân phối tải đều giữa các nút dé

cải thiện hiệu suất tải xuống Mỗi nút trong mạng đóng góp vào việc truyền tải và

nhận dữ liệu, giảm tải cho bất kỳ máy chủ trung tâm nào

+ Hiệu quả: Sự phân phối tải đều giúp cải thiện tốc độ tải xuống và giảm

độ trễ, vì không có nút nào phải gánh quá nhiều tải trọng, làm giảm nguy cơ tắc nghẽn

+ Tải lên máy chủ: Việc giảm tải lên máy chủ trung tâm là một lợi ích chính của mạng P2P, nhờ vào khả năng chĩa sẻ tài nguyên đồng đêu g1ữa các nút

13

+ Mô Hình và Thuật Toán: Bài viết trình bày các mô hình toán học và thuật toán đê đạt được phân phôi tải tôi ưu Các mô hình này giúp xác định cách tài nguyên nên được phân phối giữa các nút đề đạt hiệu quả cao nhất

=> Nghiên cửu của Klaus et al di dong gop quan trọng vào hiểu biết về cách tối ưu hóa hoạt động của mạng P2P, đặc biệt trong việc chia sẻ tệp tin Nó cung cấp cơ sở

lý thuyết cho nhiều ứng dụng thực tế của mạng P2P hiện nay

o_ Nakamoto (2008): Trong bài viết nỗi tiếng về Bitcoin, Nakamoto giới thiệu việc

sử dụng mạng P2P đề duy trì một sô cái phân tán, cho phép tạo ra và duy trì một hệ thống tài chính phân cấp mà không cần sự trung gian

Owner 1's Owner 2's Owner 3's

Private Key Private Key Private Key

Hình L3 L Mô hình phán tán được duy trì không cân qua hệ thống trung gian

14

+ Blockchain và Đồng Thuận: Bài viết giới thiệu cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW), trong đó các nút cạnh tranh để giải quyết các bài toán mật mã học nhằm tạo ra các khối mới cho blockchain Mỗi khối chứa các giao dịch

và là một phân của sô cái toàn câu

> Bai viét cla Nakamoto không chỉ đưa ra khái niệm về Bitcoin mà còn đặt nền

tảng cho cả một lĩnh vực nghiên cứu mới về tiền điện tử và blockchain Mạng

P2P trong hệ thông Bitcoin là một minh chứng cho khả năng của P2P trong việc xây dựng các hệ thống phân quyền, an toàn và hiệu quả mà không cần các

tô chức trung gian

I3 Vấn đề cần giải quyết

Trong những năm gần đây, với sự bùng nỗ của internet và các ứng dụng công nghệ thông tin, mô hình mạng ngang hàng (Peer-to-Peer - P2P) đã trở thành một trong những giải pháp quan trọng cho việc chia sẻ tài nguyên, truyền tải đữ liệu, và phát triển các hệ thông phân tán Khác với mô hình máy khách-máy chủ truyền thống, nơi một máy chủ trung tâm chịu trách nhiệm quản lý và phân phối đữ liệu, mạng P2P cho phép tất cả các nút trong mạng đóng vai trò như vừa là máy khách, vừa là máy chủ Điều này mang lại những lợi ích đáng kê về khả năng mở rộng, tối ưu hóa băng thông, và phân tán tải công việc Tuy nhiên, sự phát triển của mạng P2P cũng đặt ra nhiều thách thức và vấn đề cần giải quyết Từ việc phân phối tải không đồng đều, bảo mật và độ tin cậy của đữ liệu, đến việc quản lý băng thông và khả năng mở rộng của hệ thống, những thách thức này đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật tiên tiễn và sự nghiên cứu sâu rộng

`©

FAULT TOLERANCE

INCREASE THE SPEED

15

Hình 1.3.1 Các vấn đề thường gặp khi triển khai mô hình P2P

13.1 Phân Phối Tải Không Đồng Đều

Trong mạng P2P, các nút (nodes) tham gia vào quá trình xử lý và chia sẻ tài nguyên Tuy nhiên, do sự khác biệt về khả năng xử lý và băng thông, tải công việc (workload) có thê không được phân phối đồng đều giữa các nút Một số nút có thê phải xử lý nhiều yêu cầu hơn so với khả năng của chúng, dân đên qua tai

Hậu Quả: Sự quá tải ở một số nút dẫn đến giảm hiệu suất mạng tông thẻ, làm chậm quá trình tải xuống, và kéo đài thời gian phản hồi Trong khi đó, các nút khác có thê hoạt động dưới mức hiệu quả, không tận dụng được hết tài nguyên của chúng Điều này làm giảm khả năng mở rộng và tôi ưu hóa của hệ thông

L3.2 Bảo Mật và Độ Tin Cậy

Mạng P2P có cầu trúc phi tập trung, nghĩa là không có một trung tâm quản lý duy nhất đề

giám sát bảo mật và đảm bảo độ tin cậy Điều này tạo cơ hội cho các tác nhân xấu tấn công, chăng hạn như bằng cách giả mạo danh tính, thực hiện các cuộc tấn công man-In-

the-middle, hoặc khai thác các lỗ hồng trong hệ thống Ngoài ra, các nút có thể không đáng tin cậy, dẫn đến nguy cơ lộ thông tin hoặc mắt mát dữ liệu

Hậu Quả: Nếu bảo mật không được đảm bảo, mạng P2P có thê dễ bị tấn công, gây ra mắt mát đữ liệu, làm giảm độ tin cậy của hệ thống, và ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của thông tin Điều này có thê làm mất long tin của người dùng và làm giảm khả năng ứng dụng của

mạng P2P trong các lĩnh vực nhạy cảm như tài chính hoặc y tế

I3.3 Khả Năng Mỡ Rộng và Hiệu Suất

Khi mạng P2P mở rộng về quy mô, tức là số lượng nút tham gia tăng lên, việc duy trì hiệu suất ôn định trở thành một thách thức lớn Các giao thức và cơ chế quản lý ban đầu có thê

không đáp ứng được nhu cầu của mạng khi nó phát triển Tình trạng quá tải xảy ra, đặc biệt khi các nút không thể xử lý hết các yêu cầu hoặc khi băng thông không đủ

Hậu Quả: Nếu không có các giải pháp phù hợp, việc mở rộng mạng sẽ dẫn đến suy giảm hiệu suất, tăng độ trễ, và làm giảm khả năng phản hồi của hệ thống Điều này ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và làm giảm hiệu quả của mạng P2P, đặc biệt là trong các ứng

dụng yêu cầu thời gian thực như trò chuyện video hoặc chia sẻ file lớn

I.4 Đề xuất 1 số giải pháp

L4.1 Mô Hình Super Node

e Super Node cũng có thể chịu trách nhiệm về bảo mật, định tuyến và điều

phối lưu lượng

Ưu Điểm:

o Tang Hiệu Suất: Giảm tải cho các nút yếu hơn, cải thiện tốc độ truy xuất

và truyền tải dữ liệu

o Quan Ly Hiệu Quả: Dễ dàng quản lý và điều phối tài nguyên trong mạng,

đặc biệt khi mạng mở rộng quy mô

Nhược Điểm:

o Diém Yếu Trung Tam: Nếu một Super Node bị tấn công hoặc gặp sự cô,

các nút phụ thuộc vào nó có thê bị ảnh hưởng nghiêm trọng

Tăng Chỉ Phí: Super Node yêu cầu phần cửng mạnh mẽ hơn, dẫn đến chi phí cao hơn trong triển khai và vận hành

> Query lrom C#erf pessed to Superpeer

> Query forwarded to al Superpeers

> Response from Superpeer

» Response forwardedto Clent

Hinh 1.4 1 M6 hinh Supernode

1.4.2 Ma Héa Dir Liéu Dau-Cudi (End-to-End Encryption)

Cách Thức Hoạt Động:

o_ Dữ liệu được mã hóa trên thiết bị gửi và chỉ được giải mã trên thiết bị nhận

o Cac nút trung gian chỉ chuyên tiếp đữ liệu mà không thê đọc được nội dung bên trong

o_ Chỉ Phí Tính Toán: Mã hóa và giải mã dữ liệu tiêu tốn tài nguyên tính

toán, đặc biệt với các đữ liệu lớn

o_ Phức Tạp Hóa Triển Khai: Việc triển khai mã hóa đầu-cuối đòi hỏi quản

lý khóa mã hóa hiệu quá và có thể phức tạp trong môi trường phân tán

Encrypt Using receiver's Public key Decrypt using Receiver's private key

Hình 1.4 1 Mô hình mã hóa dữ liệu đầu cuối

19

L4.3 Thuật Toán Tối Ưu Hóa Lưu Lượng (Traffic Optimizafion

Algorithms)

Cách Thức Hoạt Động:

o_ Sử dụng các thuật toán đề định tuyến đữ liệu qua các đường truyền tối ưu nhất, giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn và đảm bảo hiệu quả sử dụng băng thông

Ưu Điểm:

o_ Tối Ưu Băng Thông: Giảm thiểu tinh trạng tắc nghẽn, đảm bảo lưu lượng

đữ liệu được truyền nhanh chóng và hiệu quả

o_ Tăng Hiệu Suất: Cải thiện hiệu suất tong thé của mạng, đặc biệt trong các

điều kiện tải cao

Nhược Điểm:

o_ Phức Tạp: Yêu cầu các thuật toán phức tạp và tài nguyên tính toán đề liên

tục theo đõi và tối ưu hóa lưu lượng

o Kha Nang Diéu Chinh Thap: Khó điều chính khi mạng có sự thay đôi đột ngột về lưu lượng hoặc cầu trúc

Underlying Physical Network

Hinh 1.4 3 M6 hiwh't6? wu hoa luong

CHUONG II CO SO LY THUYET

IL1 Khái niệm P2P

Mạng P2P (Peer-to-Peer) là một mô hình mạng trong đó các thiết bị tham gia vào mạng đóng vai trò đồng đăng (peers) và có thể tương tác trực tiếp với nhau mà không cần qua máy chủ trung tâm Các nút trong mạng P2P vừa có thê là máy khách (client) vừa có thê

là máy chủ (server) Điều này có nghĩa là mỗi nút có thê cung cấp và tiêu thụ tài nguyên, như dữ liệu, băng thông, hoặc sức mạnh tính toán, mà không cần sự can thiệp của một máy chủ trung tâm cho phép chúng chia sẻ tài nguyên và đữ liệu một cách trực tiếp và linh hoạt Mạng P2P có ưu điểm về khả năng mở rộng, phân phối tài nguyên đồng đều, và tránh các điểm yếu trung tâm thường gặp trong các mô hình truyền thống

I2 Ưu — Nhược điểm của mô hình P2P

Ưu điểm của mạng P2P:

Khả năng mở rộng tốt:

o Cac mang P2P có thể đễ đàng mở rộng quy mô khi nhiều nút được thêm vào Mỗi nút mới không chỉ tiêu thụ tài nguyên mà còn có thê đóng góp tài nguyên vào mạng, giúp hệ thống phát triển theo chiều ngang mà không cần tăng cường phần cứng trung tâm

Tính phi tập trung:

o_ Trong mô hình P2P, không có máy chủ trung tâm, giúp tránh các điểm yêu hoặc lỗi hệ thống tập trung Điều này tăng cường khả năng chịu lỗi và giảm thiểu nguy cơ tắc nghẽn hay gián đoạn dịch vụ khi một máy chủ trung tâm

bị hỏng

Phân phối tài nguyên biệu quả:

o_ Các tài nguyên (tệp tin, băng thông, đữ liệu) được phân phối rộng rãi trên toàn bộ các nút trong mạng Các nút có thê chia sẻ tài nguyên trực tiếp với nhau, giảm tải cho các hệ thống trung tâm và tăng cường hiệu suất tổng thê

của mạng

Chỉ phí thấp:

o_ Vì không cần đầu tư vào các máy chủ mạnh mẽ hoặc phần cứng đất tiền,

mạng P2P có thê triển khai với chi phí thấp hơn, đặc biệt là khi so sánh với

các hệ thông Chient-Server

Bảo mật nâng cao (trong một số mô hình):

o_ Vì dữ liệu được phân phối giữa nhiều nút, việc tấn công hoặc phá hoại một nút sẽ không ảnh hưởng lớn đến toàn bộ hệ thống Điều này giúp tăng cường tính an toàn trong các mạng P2P phi tập trung

Nhược điểm của mạng P2P:

Phân phối tải không đồng đều:

eo Trong các mạng P2P thuần, các nút có thể có khả năng tính toán, băng thông hoặc tài nguyên khác nhau, dẫn đến phân phối tải không đồng đều Một số nút có thê bị quá tải trong khi các nút khác ít được sử dụng

Khả năng tìm kiếm tài nguyên kém:

o_ Trong các mô hình không cấu trúc, việc tìm kiếm tài nguyên có thê không hiệu quả, đặc biệt khi mạng lớn dần Yêu câu tìm kiếm thường phải phat sóng đến nhiều nút, gây tốn băng thông và giảm hiệu suất

Bảo mật kém (trong một số mô hình):

o_ Mặc dù có tính phi tập trung, mạng P2P vẫn dễ bị tấn công theo kiểu peer-

based, nhu tan công DIDoS, chia sẻ nội dung độc hại hoặc giả mạo nút

Thiếu quản lý trung tâm cũng có thê làm tăng nguy cơ bảo mật và khó khăn

trong việc phát hiện và loại bỏ các nút độc hại

Chất lượng dịch vụ không đồng đều:

o Vì tất cả các nút trong mạng đều ngang hàng, chất lượng dịch vụ phụ thuộc vào khả năng kết nối và tài nguyên của các nút tham gia Nêu nhiều nút có

băng thông kém, toàn bộ mạng có thể bị ảnh hưởng về mặt hiệu suất và tốc

độ

H3 Nguyên lý hoạt động của mô hình P2P

Mỗi node của mô hình mạng ngang hàng có nhiệm vụ lưu trữ bản sao của file và hoạt

động tương tự như mô hình Chient — Server Vì vậy, Peer to Peer luôn được duy trì và

hoạt động nhờ mạng lưới người dùng phân tán của mình

23

Các thiết bị trong mô hình mạng P2P sẽ được quyền chia sẻ đữ liệu được lưu trữ trên ô cứng của chính thiết bị đó Người dùng truy vấn thiết bị khác trên hệ thông đề tìm và tải file bằng phần mềm trung gian

Mặt khác, khi các node đảm nhận vai trò máy chủ, nút này sẽ thành nơi mà nút khác có

thé tai tép Cac nut co thể thực hiện hai tác vụ cùng một lúc nhằm tiết kiệm thời gian cho

Supernode 3

Clients Hình 2.2.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản

24

H4 Phân loại các mô hình P2P

I.4.1 Mô Hình P2P Thuần (Pure P2P)

Mô hình P2P thuần là một mạng phi tập trung hoàn toàn, nơi tất cả các nút trong mạng đều bình đăng và có quyền như nhau Không có máy chủ trung tâm hay siêu nút, va tat cả các nút đều có thể hoạt động như máy khách hoặc máy chủ, cung cấp và nhận tài nguyên trực tiếp từ các nút khác

Moi nut đêu tham gia vào quá trình chia sẻ dữ liệu, dân đến việc không có điệm yêu trung tâm Tuy nhiên, điều này có thể làm cho việc quản lý mạng trở nên khó khăn và khả năng tìm kiếm tài nguyên trong mạng lớn kém hiệu quá hơn

Cách Thức Hoạt Động:

Mô hình P2P thuần phân quyền hoàn toàn, trong đó tất cả các nút trong mạng đều

3

có vai trò ngang nhau Mỗi nút vừa có thê yêu câu, vừa có thể cung cấp tài nguyên

mà không cần đến máy chủ trung tâm

e_ Tìm kiếm va chia sé tai nguyên dựa trên các thuật toán nhu random walk hoac

flooding, nơi các yêu cầu tìm kiếm được gửi đến nhiều nút khác nhau trong mạng

Ưu Điểm:

o_ Mở rộng tốt: Dễ dàng mở rộng khi thêm nút mới

o_ Không có điểm yếu trung tâm: Hệ thống không phụ thuộc vào một nút duy nhất o_ Độ tỉn cậy cao: Nếu một nút gặp sự cố, hệ thống vẫn có thể hoạt động

AS oS

o Quán lý tài nguyên khó khăn: Khó kiêm soát tài nguyên trong mạng lớn

o_ Tải không đồng đều: Một số nút có thé bị quá tải

o_ Tìm kiếm tài nguyên hạn chế: Có thê mắt nhiều thời gian va tài nguyên

25

11.4.2 M6 hinh P2P lai (Hybrid P2P)

Mô hình P2P lai kết hợp giữa mô hình P2P và mô hình Client-Server Trong mạng này, một số nút mạnh hơn sẽ đóng vai trò là siêu nút (super node) để quản lý và điều phối mạng, trong khi các nút khác hoạt động như các máy khách

Siêu nút giúp tăng cường hiệu quả trong việc quản lý và tìm kiếm tài nguyên, nhưng cũng tạo ra một điểm yếu trung tâm nếu siêu nút gặp sự có Mô hình này thường hiệu quả hơn trong việc xử lý các tác vụ phức tạp và bảo mật nhưng đòi hỏi phần cứng mạnh mẽ hơn

o_ Phụ thuộc vào siêu nút: Các nút thông thường phụ thuộc vào siêu nút dé truy cập tài nguyên

—_—_—_ | — x

Computing Layer 1 E——— +

11.4.3 Mé Hình P2P Có Cau Truc (Structured P2P)

Mô hình P2P có cầu trúc sắp xếp các nút theo một cấu trúc tô chức nhất định, thường

sử dung cac bang bam phan tan (Distributed Hash Table - DHT) dé dinh vị và tìm

kiém tai nguyên một cách hiệu quả

Các nút trong mạng này được sắp xếp theo một quy tắc cô định, giúp tăng cường khả năng tìm kiếm tài nguyên nhanh chóng và chính xác Tuy nhiên, mô hình này yêu cầu bảo trì thường xuyên và cấu trúc phức tạp hơn

Cách Thức Hoạt Động:

o_ Sử dụng bảng băm phân tan (DHT) dé t6 chức và tìm kiếm tài nguyên theo cách

có cầu trúc Mỗi tài nguyên và nút trong mạng được ánh xạ tới một khóa duy nhất

Ưu Điểm:

e_ Tìm kiếm nhanh và chính xác: DHT giúp định vị tài nguyên một cách hiệu quả

o_ Dễ mở rộng: Khả năng mở rộng mà không ánh hưởng đến hiệu suất

o Tinh nhất quán cao: Tài nguyên được quản lý một cách có tô chức

27

Nhược Điểm:

o_ Cấu trúc phức tạp: Yêu cầu kỹ thuật cao đề triển khai và bao tri

o_ Bảo trì tốn kém: Thường xuyên cần cập nhật và tái tổ chức cầu trac DHT o_ Chịu lỗi hạn chế: Khi nhiều nút gặp sự cô cùng lúc, hệ thống có thể gặp khó khăn

Hình 2.3 3 Mô hình P2P có cấu trúc

I.4.4 Mô Hình P2P Không Câu Trúc (Unstructured P2P)

Mô hình P2P không câu trúc không có một tô chức định sẵn; các nút tự do kết nỗi

ngẫu nhiên với nhau Khi một nút cần tìm tài nguyên, nó thường phát sóng yêu cầu tới các nút khác trong mạng

Mô hình này dễ triển khai và linh hoạt trong việc thêm mới các nút vào mạng, nhưng việc tìm kiếm tài nguyên kém hiệu quá hơn khi mạng mở rộng lớn, dễ gặp phải tình trạng tắc nghẽn

Cách Thức Hoạt Động:

o Cac nut tự do kết nối với nhau mà không có cấu trúc định trước Tìm kiếm tài nguyên thường sử dụng phương pháp broadcast hoặc flooding, lan truyền yêu cầu qua các nút

Ưu Điểm:

o_ Dễ triển khai: Không cần cầu hình phức tạp

o_ Linh hoạt: Các nút có thể tự do tham gia hoặc rời khỏi mạng

o Chịu lỗi tự nhiên: Hệ thông vẫn hoạt động nếu một số nút bị lỗi

Hình 2.3 4 Mô hình P2P không cấu trúc

I5 Các công nghệ và hệ thống liên quan

11.5.1 Blockchain va Tién điện tử

Blockchain:

o_ Khái niệm: Blockchain là một số cái phân tán, phi tập trung, trong đó các giao dịch được ghi lại trong các khối (blocks) và liên kết với nhau thành chuỗi (cham)

Mỗi khôi chứa một số lượng giao dịch nhất định, và mỗi khối mới được thêm vào

blockchain phải được xác thực bởi cac nut (nodes) trong mang

29

o Ung dụng trong P2P: Blockchain sử dụng mô hình P2P đề đảm bảo rằng tắt cả các nút trong mạng đều có cùng một bản sao của sô cái Không có nút nào có quyền kiểm soát toàn bộ mạng, điều này giúp giảm thiểu nguy cơ bị tấn công hoặc thao tung đữ liệu

o_ Lợi ích: Tính minh bạch, bảo mật cao, chống giả mạo, không cần sự tin cậy vào một bên trung gian

Bitcom:

o Khái niệm: Bitcom là loại tiền điện tử đầu tiên sử dung blockchain dé duy trì một

hệ thống tài chính phi tập trung Mạng Bitcoin là một mạng P2P, nơi các giao dịch được thực hiện trực tiếp giữa các người dùng mà không cần sự tham gia của các tô chức tài chính trung gian

o_ Cơ chế hoạt động: Bitcoin sử dụng cơ chế đồng thuận Proof of Work (PoW), nơi các nút trong mạng cạnh tranh đề giải quyêt các bài toán mật mã nhăm tạo ra các

khối mới cho blockchain Quá trình này được gọi là “đào” Bitcomn

o_ Lợi ích: Khả năng giao dịch toàn cầu mà không cần bên trung gian, tính bảo mật

cao, chống lại gian lận

Hình 2.4 1 Mô hình Blockchain và tiền điện tử

IIS.2 Mạng chia sẻ file (Eile Sharing Networks)

Napster:

o Napster là một trong những dịch vụ chia sé file P2P dau tiên, tập trung chủ yếu vào chia sẻ âm nhạc Người dùng có thể tìm kiếm và tải về các ñle âm nhạc từ máy

tính của người dùng khác

Cơ chế hoạt động: Napster sử đụng một máy chủ trung tâm để lưu trữ đanh sách các file có sẵn, nhưng quá trình chia sé file thực tế diễn ra trực tiếp giữa các người dùng thông qua mạng P2P

Lợi ích và Hạn chế: Dễ sử dụng và phổ biến rộng rãi, nhưng cũng gặp nhiều vấn

đề pháp lý liên quan đến vi phạm bản quyên, dẫn đến việc bị đóng cửa

Panteral naatalan

Hình 2.4 2 Mô hinh mang chia sé Napster

31

Gnutella:

o_ Khái niệm: Gnutella là một mạng chia sẻ ñle P2P không cần máy chủ trung tâm, nơi các nút đều có thê vừa là máy khách (client) vừa là máy chủ (server) Mạng này cho phép người đùng tìm kiếm và chia sẻ file mà không cần một máy chủ trung tâm đề quản lý

o_ Cơ chế hoạt động: Khi một người dùng tìm kiếm một file, yêu cầu này sẽ được gửi đi qua mạng và bắt kỳ nút nào có file phù hợp sẽ phản hỏi trực tiếp Việc tai file diễn ra trực tiếp giữa các nút

o_ Lợi ích: Phân tán tải, giảm thiêu nguy cơ tắc nghẽn và lỗi toàn hệ thống do không

có nút trung tâm

Hình 2.4 3 Mô hình mạng chia sẻ Gnutella

I.S.3 BifTorrent

BifTorrent là một giao thức truyền tái dữ liệu dựa trên mô hình P2P, được sử dụng

rong rai dé chia sẻ các file lớn Thay vì tải xuống một file từ một máy chủ duy nhất, BitTorrent cho phép người dùng tải các mảnh nhỏ của ñle từ nhiều người đùng khác nhau cùng lúc

Cơ chế hoạt động: Một file lớn được chia thành nhiều mảnh nhỏ (pieces), và người dùng tải về từ những người đã có các mánh đó Quá trình này không chỉ tăng tốc độ tải

mà còn giảm tải cho bât kỳ máy chủ nào

Lợi ích: Tôi ưu hóa băng thông, giảm thiêu thời gian tải, không yêu cầu máy chủ

trung tâm mạnh mẽ

Tang” wes

Hinh 2.4 4 M6 hinh BitTorrent

33

ILS.4 Mạng phân tán (Distributed Networks)

DHT (Distributed Hash Table)

o Khai niém: DHT la một câu trúc dữ liệu phân tán sử dụng đề lưu trữ và truy xuất

các cặp khóa-giá trị trên các nút trong mạng P2P Mỗi nút trong mạng chỉ chịu trách nhiệm cho một phần nhỏ của không gian khóa, giúp dễ dàng định vị và truy xuất đữ liệu mà không cần một máy chủ trung tâm

o_ Ứng dụng: DHT được sử dụng trong nhiều ứng dụng P2P như BitTorrent và mạng

lưới blockchain đề định vị đữ liệu và tài nguyên một cách hiệu quả

o_ Lợi ích: Khả năng mở rộng cao, khả năng chịu lỗi tốt, không cần máy chủ trung tâm

Data Cluster Storing

the Hash Table