CN112732484A - 一种基于端对端节点的数据备份*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于端对端节点的数据备份***，包括：消息编码模块；该模块使用预设的数据序列化机制对消息进行编码；网络模块，所述网络模块定义如下组件：消息流组件、提供组件，宣告钥匙组件，章节管理组件和路由；决策引擎，所述决策引擎为信用管理模块；需求管理模块，所述需求管理模块用于管理WantList请求。本发明提出技术方案利用p2p技术来构建数据备份***的方法，提供分布式的备份服务，增强了备份数据的可靠性；本发明采用最优数据分配策略将块数据上传到响应节点，利用分组对等互备冗余方式来提高备份数据的可靠性。当文件丢失时，***利用多种安全的方式来确保恢复文件的完整性和真实性。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于端对端节点的数据备份***。
背景技术
网络的日益普及，使得信息交流空前简化，数据已经成为人们、工作中不可缺少的因素。然而，恐怖事件、自然灾害、***故障等不确定因素在时刻威胁着数据的安全；作为一种数据安全策略，备份是避免数据丢失的最基本也是最后的手段。
发明人发现，并提出一种基于端对端节点间数据备份的方法，利用端对端技术来构建数据备份***的方法，提供分布式的备份服务，增强了备份数据的可靠性；传统的基于C/S模式的备份***依赖于备份服务器，容易形成单点失效故障。本发明采用最优数据分配策略将块数据上传到响应节点，利用分组对等互备冗余方式来提高备份数据的可靠性。当文件丢失时，***利用多种安全的方式来确保恢复文件的完整性和真实性。
因此，有必要提供一种新的基于端对端节点的数据备份***，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种基于端对端节点的数据备份***，旨在解决相关技术中，传统的基于C/S模式的备份***依赖于备份服务器，容易形成单点失效故障的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供的基于端对端节点的数据备份***，包括：
消息编码模块；该模块使用预设的数据序列化机制对消息进行编码；
网络模块，所述网络模块定义如下组件：消息流组件、提供组件、宣告钥匙组件、章节管理组件和路由；
决策引擎，所述决策引擎为信用管理模块；
需求管理模块，所述需求管理模块用于管理WantList请求。
优选地，节点之间通信的消息分为两种，一种是请求消息，其用于描述请求；第二种是块消息，其用于表示传递的块数据。
优选地，所述消息流组件用于所述消息的发送和处理。
优选地，所述消息流组件定义四个接口来处理请求和发送数据块，四个接口分别是打开接口、发送需求接口、发送块接口和结束接口。
优选地，所述决策引擎用于一个请求队列，使用一个账本来记录节点之间的基本信息和传输备份记录，并以此决定是否响应对端的备份下载请求。
优选地，所述需求管理模块是一个实现模块；WantList是核心数据结构，通过管理一个消息队列，一旦有新的WantList Entry添加，就会触发消息队列的工作线程，从而往指定的Peer发送数据块。
本发明提出一种基于端对端节点间的数据备份***，利用p2p技术来构建数据备份***的方法，提供分布式的备份服务，增强了备份数据的可靠性；传统的基于C/S模式的备份***依赖于备份服务器，容易形成单点失效故障；
本发明采用最优数据分配策略将块数据上传到响应节点，利用分组对等互备冗余方式来提高备份数据的可靠性。当文件丢失时，***利用多种安全的方式来确保恢复文件的完整性和真实性。
附图说明
图1为本发明提供的基于端对端节点的数据备份***的一较优实施例的架构图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为便于本发明的技术方案的理解，阐述如下概念：
1、数据备份。
数据备份，指为防止***出现操作失误或***故障导致数据丢失，而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它的存储介质的过程。主要是采用内置或外置的磁带机进行冷备份。但是这种方式只能防止操作失误等人为故障，而且其恢复时间也很长。
随着技术的不断发展，数据的海量增加，不少的企业开始采用网络备份。网络备份一般通过专业的数据存储管理软件结合相应的硬件和存储设备来实现
2、p2p(端对端)。
P2P的全称是Peer to Peer，直接翻译过来就是“地位对等的两个节点之间”。Peer的英文本意是能力和地位相同的人，例如My Peer，可以指代我的一个平级的同事。PeerReview，指的是让跟我具有同等级能力的人帮我评估一下工作。P2P网络是由很多计算机组成的一个网络。每个计算机上都安装着相同的客户端软件，完成相同的任务，所以每个计算机就是一个Peer，或者叫做一个节点。每一个节点都是平等没有特权的，都同时是资源的提供者，也是消费者。这个跟当前互联网的client/server模式是明显不同的，在P2P条件下，角色区分没有了，每个节点都同时是client和server。
3、BitSwap协议。
IPFS在BitTorrent的基础上实现了p2p数据交换协议：BitSwap协议。
每一个节点都维护了两个列表：已有的数据块(have_list)，想要的数据块(want_list)。
BitSwap是IPFS网络中定义数据块交换方式的协议，它是一个一种基于统一格式的消息对等协议，有别于request/response方式。简单来说就是，在IPFS中，请求和响应的消息都使用同一类型的消息包。由于在IPFS网络中，所有的Peers都是对等节点，不存在BitTorrent中那样的Tracker服务器，所以通信方式更加简单。
BitSwap协议还定义了如何请求数据、如何发送数据以及向谁发送数据等策略，每个节点都可以有自己的策略，作为数据交换的核心模块，BitSwap使用一些预定义的激励机制来促进网络中数据的流动，通过一个点对点之间的传输记录账本来达到互惠的目的。
本发明提供一种基于端对端节点的数据备份***。
请参阅图1，为实现上述目的，本发明的一实施例中，基于端对端节点的数据备份***包括：
1、消息编码模块(Message Protocol模块)；该模块使用预设的数据序列化机制对消息进行编码；
本实施例中，所述预设的数据序列化机制为Protocol Buffer，其是一种支持多平台、多语言、可扩展的的数据序列化机制。
可以理解，节点之间通信的消息分为两种，一种是请求消息(WantList)其用于描述请求；第二种是块消息(Block)，其用于表示传递的块数据。
具体的，请求消息中包含有如下字段：
块索引(blockCid)、优先级(priority)、是否是完整请求(cancel,full)等信息。
在本***中，文件被分为若干数据块(Chunks，也叫Blocks)；数据块是p2p网络中最基本的数据操作单位。
每个Block使用一个CID标识符来索引，CID是一个自描述的索引结构体，它集成了对Block编码所使用codec,length,hash等信息，可以唯一标识一个Block。
因此，要想从Peer下载一个Block，只需在告诉它CID即可，收到Block时我们也可以容易进行验证。
实际上，由于本***中使用了Multicodec自适应编码协议，因此，消息发送前还会添加multicodec前缀，这样，就使得消息的格式范围大大增加了，而不仅仅是Protobuf，比如JSON,Cbor等都可以支持。
2、网络模块(Networking模块)，该模块定义了如下组件：
消息流组件(Message Stream)、提供组件(Provider)，宣告钥匙组件(AnnounceKeys)，章节管理组件(Session管理)和路由；
2.1、消息流组件用于消息发送和处理，在p2p网络中，消息都是被打包成Multistream流进行传输的；Peer接收到一个Stream之后，会先对其解码成对应的消息格式，然后根据消息内容的要求决定是响应请求还是接收块数据。其中，当响应了请求不一定会接收数据；二者也不是二选一的关系，必须是响应了WantList请求之后才会接收数据块，存在其它类型相应请求。
消息流组件定义了四个接口来处理请求和发送数据块；四个接口分别是：打开接口(open)、发送需求接口(send_want_list)、发送块接口(send_block)、结束接口(close)。
2.11、打开接口用于当节点建立连接时，发送方节点会初始化本地节点账单，可能保存一份对等方的账单，也可能将创建一个新的被清零账单，这取决于节点账单一致性问题。之后，发送方节点将发送一个携带账单的open信息通知接收方节点，接收方节点收到一个open信息后，可以选择是否接受此连接请求。
2.12、发送需求接口；当连接已经处于open状态，发送方节点将会把want_list广播给所有连接的接收方节点。与此同时，接收方节点在收到一个want_list后，会检查自身是否有接收方想要的数据块，如果有，会使用策略来发送传输这些数据块。
2.13、发送块接口；默认发送方节点只传输数据块，接收到所有数据后，接收方节点计算Multihash以校验它是否与预期的匹配，然后返回确认。
在完成块的传输后，接收方节点将数据块信息从need_list移到have_list，并且接收方和发送方都同步更新他们的账单列表。如果传输验证失败，则发送方可能发生故障或者故意攻击接收方的行为，接收方可以拒绝进一步的交易。
2.14、结束接口；用于对等连接应该在两种情况下关闭；silent_want超时已过，但未收到来自对方的任何消息，节点发出Peer.close(false)。
节点正在退出，BitSwap正在关闭，在这种情况下，节点发出Peer.close(true)。
2.2、提供组件；当前节点想要下载一个数据块，本地块数据库中未找到时，就会调用BitSwap的网络模块(DHT)查找Providers，一旦找到，就会连接它并向其发送WantList请求。如果收到了块数据，那么会把存入本地的块数据库。更新本地的WantList以及传输记录账本，更新Session等一些列操作。
2.3、宣告钥匙组件；Announce操作是本地节点作为Key Provider进行的。在整个p2p网络中，Block是用Key来标识的(即Cid Prefix)，因此，每当本地新增一个Block数据时，provide worker会异步的向网络中进行Announce操作，以声明自己拥有某个块。这样，当其他Peer想要下载时，就可以根据DHT Table方便的找到要连接的Providers。
2.4、章节管理组件用于管理Peers之间的连接，包括Peers的请求状态(优先级，是否已取消等)，以及Peer存活状态等等信息。
3、决策引擎(Decision Engine)；
Decision Engine是backups中的信用管理模块。它管理一个请求队列，使用一个账本来记录节点之间的基本信息和传输备份记录，并以此决定是否响应对端的备份下载请求。之所以建立一个信用账本，主要是为了以下目的：
一：提高节点之间数据交换的效率；
二：防止freerider；
三：防止一些攻击行为(比如：女巫攻击)；
四：对信任的节点建立宽松机制；
信用记录是两个节点之间的，分为Credit和Debt两部分。
比如，节点A向节点B发送过数据，那么A就拥有对B的Credit，相反，B欠了A的Debt。
如果A对B拥有的Credit超过Debt，那么下次其向B发出WantList请求块数据的时候，B就会立刻反馈数据。
总的来说，A的Credit减去其Debt就是净值，backups中使用负债率(debt ratio，r)来表示。
负债率的公式是：
debtRatio＝bytes_sent/(bytes_recv+1)；其中，bytes_sent代表字节接收，bytes_recv代表字节发送。
节点根据负债率来计算出这个节点的发送率P(send|r)＝1-1/(1+exp(6-3r))。
根据这两个函数可以发现，当负债率达到某一个值的时候负债率会急剧下降。
这个模型表达的意义：如果一个节点只接受数据不分享数据，别人发送给它数据的概率会越来越低(到达某一个值后就会急剧降低接近0)，如果节点持续保持分享数据，别的节点向你发送数据的概率就会越来越大。
4、需求管理模块(WantManager)；
WantManager模块主要是管理WantList请求的，它是一个实现模块。WantList是核心数据结构，通过管理一个消息队列，一旦有新的WantList Entry添加，就会触发消息队列的工作线程，从而往指定的Peer发送数据块。
WantManager提供了一些机制来保证数据块的分发，比如发送失败时会等待一定间隔后进行重发Rebroadcast，通过WantList Gauge监控发送过程，完成数据下载之后的请求取消等。
本发明提出一种基于端对端节点间数据备份的***，利用p2p技术来构建数据备份***，提供分布式的备份服务，增强了备份数据的可靠性。
在p2p程序中，设计backups备份模块，通过backups处理相关备份请求；其它P2P对等节点，收到backups备份请求后，在程序中调用get命令，实现相关备份操作；
具体的实施方式如下：
假设存在A、B、C、D、E五个节点，A节点用户添加一个新的文件，文件通过add命令存入存储设备，然后返回给用户文件根哈希值；
这时候***会检查文件是否在p2p网络对等节点备份；如果没有备份过，发送备份请求到backups模块上，backups收到请求后会做以下步骤：
1.获取当前节点连接的所有节点数，向其它对等节点广播根hash，->peers(B、C、D、E)；
2.连接的节点返回给备份模块节点备份条件信息(时长、硬件信息、ip信息、存储信息)；
3.通过策略计算出相关符合备份的数据节点，假设(B、C)，通知节点进行备份；
4.节点B、C收到备份通知，通过根hash执行get操作。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在如上所述的一个计算机可读存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备进入本发明各个实施例所述的方法。
在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第X实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料、方法步骤或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者***不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者***所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者***中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，包括：
消息编码模块；该模块使用预设的数据序列化机制对消息进行编码；
网络模块，所述网络模块定义如下组件：消息流组件、提供组件、宣告钥匙组件、章节管理组件和路由；
决策引擎，所述决策引擎为信用管理模块；
需求管理模块，所述需求管理模块用于管理WantList请求。
2.如权利要求1所述的基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，节点之间通信的消息分为两种，一种是请求消息，其用于描述请求；第二种是块消息，其用于表示传递的块数据。
3.如权利要求2所述的基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，所述消息流组件用于所述消息的发送和处理。
4.如权利要求3所述的基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，所述消息流组件定义四个接口来处理请求和发送数据块，四个接口分别是打开接口、发送需求接口、发送块接口和结束接口。
5.如权利要求1所述的基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，所述决策引擎用于一个请求队列，使用一个账本来记录节点之间的基本信息和传输备份记录，并以此决定是否响应对端的备份下载请求。
6.如权利要求1所述的基于端对端节点的数据备份***，其特征在于，所述需求管理模块是一个实现模块；WantList是核心数据结构，通过管理一个消息队列，一旦有新的WantList Entry添加，就会触发消息队列的工作线程，从而往指定的Peer发送数据块。
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