專利名稱：基于訪問模式有效認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及內(nèi)容分發(fā)技術(shù)，并尤其涉及用于根據(jù)訪問模式有效地認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的技術(shù)。
背景技術(shù)：
內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)包括消費(fèi)數(shù)據(jù)的內(nèi)容消費(fèi)者和將數(shù)據(jù)發(fā)布給內(nèi)容消費(fèi)者的內(nèi)容發(fā)布者。在諸如因特網(wǎng)或萬維網(wǎng)(WWW或“web”)的環(huán)境中，內(nèi)容發(fā)布者通常是web服務(wù)器。內(nèi)容消費(fèi)者是訪問web服務(wù)器的內(nèi)容的web客戶。
內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的三個(gè)特性是值得注意的。
第一，通常有大量內(nèi)容消費(fèi)者與一個(gè)內(nèi)容提供者相對(duì)應(yīng)。此外，許多內(nèi)容消費(fèi)者具有有限的計(jì)算能力。例如，web客戶可以是手提式設(shè)備。因此，希望減小與檢索內(nèi)容提供者提供的內(nèi)容相關(guān)聯(lián)的開銷。
第二，內(nèi)容消費(fèi)者通常選擇性地檢索內(nèi)容提供者提供的對(duì)象而不是檢索所有對(duì)象。
第三，內(nèi)容消費(fèi)者經(jīng)常通過第三方檢索內(nèi)容。第三方應(yīng)該具有服務(wù)于大量內(nèi)容消費(fèi)者的能力。在從內(nèi)容提供者接收到內(nèi)容之后，第三方可通過其緩存服務(wù)于內(nèi)容消費(fèi)者的請(qǐng)求，并從而從內(nèi)容提供者卸下負(fù)荷。例如，消費(fèi)者可通過web緩存檢索web服務(wù)器的內(nèi)容。這種情況尤其常見于對(duì)等和網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中。因此，第三方需要有某種能力以使內(nèi)容消費(fèi)者確信所獲取的內(nèi)容確實(shí)是由內(nèi)容提供者產(chǎn)生的。
內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)可使用安全套接字層(SSL)協(xié)議。SSL是安全的基于web的傳輸協(xié)議，其允許認(rèn)證兩方之間的通信。作為示例，在A.Freier等人的“The SSL Protocol Version 3.0”中詳細(xì)說明了SSL協(xié)議。這兩方中的每一個(gè)均具有一公鑰。在通信開始時(shí)，雙方用它們的公鑰生成一共享密鑰。然后，使用該共享密鑰對(duì)稱地加密隨后的通信以減小認(rèn)證的開銷。用SSL認(rèn)證需要通信的兩端都是可信且安全的。因此，SSL不能允許認(rèn)證經(jīng)過非可信的或不安全的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)或中間層。
內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)還可使用用于認(rèn)證包的流的技術(shù)，例如在C.K.Wong等人的“Digital Signatures for Flows and Multicasts”，IEEE/ACMTransactions on Networking，pp.502-513，August 1999中公開的技術(shù)。通過鏈接后面的包與前面的包，初始包的公鑰簽名的開銷被分?jǐn)傇谠S多隨后的包上。提出了各種鏈接結(jié)構(gòu)以便即使存在包丟失時(shí)仍可通過鏈接到達(dá)后面的包。在包流中，按固定的順序生成和消費(fèi)包，并且每個(gè)包都不能修改。但是在內(nèi)容分發(fā)中，可按任何順序訪問對(duì)象，并且可按任何順序修改對(duì)象。
因此，需要一種可以克服與現(xiàn)有的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的上述和其他限制的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了用于有效地認(rèn)證多個(gè)對(duì)象并根據(jù)訪問模式將對(duì)象聚類的技術(shù)。
例如，在本發(fā)明的第一說明性方面中，一種用于生成和/或讀取認(rèn)證信息的方法包括使用一個(gè)或多個(gè)指示是否在相似的時(shí)間段內(nèi)訪問了多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)的對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以減小用于生成和讀取該認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷，其中所述認(rèn)證信息證明了多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成和發(fā)送的這兩者之一。
在本發(fā)明的第二說明性方面內(nèi)，一種用于根據(jù)訪問模式將多個(gè)對(duì)象聚類的技術(shù)包括以下步驟/操作。創(chuàng)建第一組集合，其中至少一個(gè)集合包括相互時(shí)間接近地讀的多個(gè)對(duì)象。創(chuàng)建第二組集合，其中至少一個(gè)集合包括相互時(shí)間接近地寫的多個(gè)對(duì)象。創(chuàng)建第三組集合，其中至少一個(gè)集合s1是通過識(shí)別第一組的同一集合內(nèi)的至少兩個(gè)對(duì)象o1和o2來構(gòu)建的。將所述第二組的包含對(duì)象o1的集合內(nèi)包含的至少一個(gè)對(duì)象添加到集合s1內(nèi)。將所述第二組的包含對(duì)象o2的集合內(nèi)包含的至少一個(gè)對(duì)象添加到集合s1內(nèi)。
有利的是，本發(fā)明提供了使用可用于減小認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的成本的對(duì)象訪問模式的技術(shù)。對(duì)象訪問模式可包括寫模式和讀模式。寫模式可說明哪些對(duì)象集合經(jīng)常被一起寫。讀模式可說明哪些對(duì)象集合經(jīng)常被相似客戶讀，并且可包括這些讀的順序。寫模式可通過寫集合跟蹤，而讀模式可通過讀集合和/或讀順序圖跟蹤。本發(fā)明的技術(shù)可使用這些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中捕獲的對(duì)象訪問模式來減小為多個(gè)對(duì)象生成簽名的成本。
此外，在一個(gè)實(shí)施例中，可將經(jīng)常被讀和寫的對(duì)象分組到一認(rèn)證樹中，以減小簽名的大小而無需增大處理開銷。此外，可根據(jù)這些對(duì)象的訪問順序?qū)?duì)象放置在認(rèn)證樹中，以進(jìn)一步減小簽名的大小。該認(rèn)證方法在發(fā)布者通過可能不是可信的或不夠安全的中間層分發(fā)其內(nèi)容的環(huán)境中尤其有用。這樣的環(huán)境的示例是web門戶、緩存、對(duì)等系統(tǒng)和基于網(wǎng)格的系統(tǒng)。
用于將對(duì)象聚類的本發(fā)明的機(jī)制除了用于認(rèn)證之外還可用于其他目的。例如，它們可用于減小在盤上存儲(chǔ)對(duì)象的開銷。
從下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的說明性實(shí)施例的詳細(xì)說明中，可清楚地了解本發(fā)明的這些和其他目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)。


圖1示出其中可使用本發(fā)明的技術(shù)的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一個(gè)示例；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的對(duì)象訪問模式；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于生成認(rèn)證樹的方法；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的提取對(duì)象訪問模式的各種說明性機(jī)制；圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的寫集合；圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于生成寫集合的方法。
圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例將對(duì)象劃分為認(rèn)證組的過程；圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例將對(duì)象劃分為認(rèn)證組的過程的示例；
圖9示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的讀順序圖；圖10示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的認(rèn)證樹；圖11示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例根據(jù)訪問順序?qū)?duì)象放置在認(rèn)證樹中；以及圖12示出在其中可根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)組件/步驟的計(jì)算系統(tǒng)的說明性硬件實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
下面將在對(duì)于內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中的內(nèi)容認(rèn)證的說明性因特網(wǎng)或web實(shí)現(xiàn)的情境中說明本發(fā)明。但是，應(yīng)理解，本發(fā)明并不局限于內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)中的認(rèn)證。而是，本發(fā)明更一般地適用于其中希望將數(shù)據(jù)聚類以提高系統(tǒng)性能的任何環(huán)境。僅作為一個(gè)示例，本發(fā)明的技術(shù)還可用于盤存儲(chǔ)系統(tǒng)以按訪問局部性來將數(shù)據(jù)聚類。
此外，要分發(fā)的內(nèi)容在本文中一般地被稱為“對(duì)象”。“對(duì)象”可采取很多種形式，并且應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于任何特定形式。例如，對(duì)象可以是電子文檔例如一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)頁。本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可按多種不同電子文檔格式使用本發(fā)明，這些文檔格式包括但不局限于HTML(超文本標(biāo)記語言)文檔、XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語言)文檔、其他格式的文本文檔、和二進(jìn)制文檔。另外，短語“電子文檔”還可理解為包括文本數(shù)據(jù)、二進(jìn)制數(shù)據(jù)、一個(gè)或多個(gè)字節(jié)流等中的一個(gè)或多個(gè)。因此，本發(fā)明并不局限于任何特定類型的數(shù)據(jù)對(duì)象。此外，應(yīng)理解，短語“訪問”可包括讀或更新操作。此外，還應(yīng)理解，術(shù)語“開銷”可包括但不局限于計(jì)算機(jī)CPU(中央處理單元)周期、網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗、盤、I/O(輸入/輸出)等。
根據(jù)現(xiàn)有的基于web的技術(shù)，內(nèi)容發(fā)布者可通過非可信的或不安全的中間層發(fā)布內(nèi)容。為了證明內(nèi)容的真實(shí)性，內(nèi)容提供者可向中間層提供一認(rèn)證內(nèi)容的簽名以及內(nèi)容?？蛻艨蓹z索該內(nèi)容以及簽名，并使用該簽名來檢查內(nèi)容是否是由內(nèi)容發(fā)布者生成的。內(nèi)容發(fā)布者通常發(fā)布許多對(duì)象?？蛻敉ǔＷx取這些對(duì)象的子集。
因此，更具體地，內(nèi)容提供者C可具有與其相關(guān)聯(lián)的公鑰Pk。內(nèi)容提供者通過此公鑰來認(rèn)證內(nèi)容，并將內(nèi)容和簽名一起傳給第三方。該第三方僅負(fù)責(zé)將內(nèi)容以及相關(guān)的簽名分發(fā)給內(nèi)容消費(fèi)者。一旦內(nèi)容消費(fèi)者檢索到來自第三方的內(nèi)容和簽名，消費(fèi)者就可驗(yàn)證該簽名是否確實(shí)是內(nèi)容發(fā)布者針對(duì)該內(nèi)容生成的。
用于認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的技術(shù)是使用認(rèn)證樹。通過認(rèn)證樹，僅使用一個(gè)公鑰簽名和散列法就可認(rèn)證一組對(duì)象。計(jì)算散列通常比計(jì)算公鑰簽名便宜得多。結(jié)果，一個(gè)公鑰簽名的成本被分?jǐn)傇谡J(rèn)證中的所有對(duì)象上。認(rèn)證樹通常是二叉樹。其葉子是將被認(rèn)證的單個(gè)對(duì)象的散列。中間節(jié)點(diǎn)是其兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的散列。簽名的大小由認(rèn)證樹內(nèi)對(duì)象的數(shù)量確定。
如將在本文中詳細(xì)說明的，本發(fā)明的兩個(gè)主要方面是使用對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分為認(rèn)證組，并使用可能的對(duì)象訪問順序?qū)?duì)象放置在認(rèn)證組中。
第一個(gè)方面是根據(jù)對(duì)象訪問模式將對(duì)象分為認(rèn)證組。根據(jù)本發(fā)明，經(jīng)常一起更新和讀的對(duì)象可被分組在一起?？墒褂媚撤N組認(rèn)證技術(shù)例如認(rèn)證樹來認(rèn)證一組。減小認(rèn)證組的大小可減小每個(gè)對(duì)象的簽名的大小，這繼而減小了網(wǎng)絡(luò)帶寬、存儲(chǔ)、和處理開銷。將經(jīng)常一起更新的對(duì)象分組在一起減小了需要由內(nèi)容發(fā)布者生成且要被客戶驗(yàn)證的公鑰簽名的數(shù)量。
將一組被一起更新的對(duì)象稱為“寫集合”。當(dāng)寫集合內(nèi)的對(duì)象被更新時(shí)，將認(rèn)證組重新認(rèn)證一次，而不是認(rèn)證與寫集合內(nèi)的對(duì)象的數(shù)量同樣多的次數(shù)。將經(jīng)常被一起讀的對(duì)象分組在一起可減小認(rèn)證組的大小，并從而減小簽名的大小，而同時(shí)保留了大的樹所提供的公鑰操作減小的好處。此方法的一目標(biāo)是將可能被相同客戶讀的對(duì)象放置在一個(gè)或少量認(rèn)證樹內(nèi)。如果沒有更新，則客戶僅需要驗(yàn)證一個(gè)或少量公鑰簽名來驗(yàn)證所有對(duì)象。
當(dāng)考慮到更新時(shí)好處會(huì)更大。當(dāng)在認(rèn)證樹內(nèi)更新一對(duì)象時(shí)，通常需要用昂貴的公鑰簽名來重新認(rèn)證樹的根。減小客戶訪問的認(rèn)證樹的大小可減小客戶被迫重新認(rèn)證該樹的根的機(jī)會(huì)。
本發(fā)明的第二方面是在組認(rèn)證技術(shù)例如認(rèn)證樹中使用可能的對(duì)象讀順序來確定對(duì)象的放置。一個(gè)目標(biāo)是以這樣的方式放置認(rèn)證樹的對(duì)象，即相鄰讀中的對(duì)象盡可能多地共享一簽名。對(duì)象的簽名包括沿從該對(duì)象到樹的根的路徑的節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)的散列。因此，使從對(duì)象到根的路徑的共同部分最大可使兩個(gè)對(duì)象共享的簽名部分最大。客戶可為了隨后的讀緩存和重新使用簽名的共享部分，以減小用于傳遞簽名的網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗。
應(yīng)理解，本發(fā)明的分組或聚類方法除了適用于認(rèn)證外還適用于其他領(lǐng)域。例如，它們可用于在盤上將對(duì)象聚類以提高性能。
圖1示出本發(fā)明的技術(shù)可用于其中的內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的示例。如圖所示，內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)100包括內(nèi)容發(fā)布者102和一些內(nèi)容消費(fèi)者104。本文中內(nèi)容消費(fèi)者可稱為客戶。內(nèi)容發(fā)布者的責(zé)任是生成內(nèi)容。中間層106將內(nèi)容直接分發(fā)給客戶。作為示例，中間層可以是門戶、緩存、對(duì)等系統(tǒng)、網(wǎng)格系統(tǒng)等。通常引入中間層以提高性能，增大可伸縮性，和/或添加功能。
發(fā)布者102和中間層106可位于相同物理機(jī)器上的不同軟件模塊內(nèi)，或位于不同機(jī)器上?？商峁┯布蛙浖Ｗo(hù)以確保安全性被破壞的中間層不會(huì)自動(dòng)危及發(fā)布者的安全性。
本發(fā)明的技術(shù)可允許可信的發(fā)布者102在非可信或不安全的中間層上發(fā)布內(nèi)容。存在若干原因使中間層會(huì)比發(fā)布者較不可信或安全。首先，中間層106會(huì)負(fù)責(zé)將內(nèi)容傳送給大量客戶，并因此必須被設(shè)計(jì)成具有高性能和可伸縮性，這會(huì)使該中間層非常復(fù)雜并且容易存在安全弱點(diǎn)。此外，性能需求經(jīng)常迫使在此層內(nèi)使用最新的技術(shù)，這樣會(huì)使該層的穩(wěn)定性較差。其次，中間層與發(fā)布者可能不處于相同管理域內(nèi)，因此它們的安全標(biāo)準(zhǔn)可能不同。例子包括可能未被安全地管理并且可能被給予安全補(bǔ)丁的對(duì)等或網(wǎng)格環(huán)境中的web緩存和代理，或重新分發(fā)內(nèi)容的web門戶。
根據(jù)本發(fā)明，發(fā)布者通過將簽名附加在其內(nèi)容上來認(rèn)證其內(nèi)容，并將它們發(fā)送到中間層。這在圖1中被示為108，其中On(n＝1，2，3，…)是指對(duì)象，而Sig(On)指附加的簽名。當(dāng)客戶從中間層檢索到對(duì)象時(shí)，它也檢索到簽名并可驗(yàn)證該對(duì)象的真實(shí)性。
發(fā)布者具有公鑰和私鑰對(duì)。公鑰也為客戶所知，并且客戶使用公鑰來檢查內(nèi)容的真實(shí)性。一種簡單幼稚的方法是發(fā)布者使用其私鑰對(duì)每個(gè)對(duì)象簽名，而客戶使用公鑰來檢查真實(shí)性。但是公鑰操作對(duì)于發(fā)布者和客戶都可能過于昂貴。根據(jù)本發(fā)明，提供了利用對(duì)象訪問模式110來減小認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的成本的方法。
根據(jù)本發(fā)明，可使用兩種技術(shù)來減小認(rèn)證多個(gè)對(duì)象的成本使用對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分為認(rèn)證組，并且使用可能的對(duì)象訪問順序來將對(duì)象放置在每個(gè)認(rèn)證組內(nèi)。
第一種技術(shù)是將對(duì)象分為認(rèn)證組。經(jīng)常被一起訪問的對(duì)象被分組在一起。被一起更新的一組對(duì)象被稱為寫集合。在本發(fā)明中，寫集合內(nèi)的對(duì)象可位于一認(rèn)證組中。當(dāng)更新寫集合時(shí)，將認(rèn)證組重新認(rèn)證一次，而不是認(rèn)證與寫集合內(nèi)的對(duì)象的數(shù)量相同的次數(shù)。在一些例子中，每個(gè)寫集合是一認(rèn)證組。在另外的例子中，一些寫集合被進(jìn)一步分組為一些認(rèn)證組。其對(duì)象經(jīng)常被一起讀的一些寫集合被分組為一認(rèn)證組。一個(gè)目標(biāo)是減小包含一個(gè)客戶訪問的對(duì)象所需的認(rèn)證組的預(yù)期數(shù)量。
第二種技術(shù)是使用可能的對(duì)象訪問順序來將對(duì)象放置在認(rèn)證組中。組簽名技術(shù)的一個(gè)示例是認(rèn)證樹?？紤]一個(gè)示例，其中對(duì)象B很可能在對(duì)象A之后立即被訪問。假設(shè)P1是從A到根的路徑，而P2是從B到根的路徑。假設(shè)P3是P1和P2共享的路徑部分。A的簽名包括P1的兄弟節(jié)點(diǎn)，而B的簽名包括P2的兄弟節(jié)點(diǎn)。這兩個(gè)簽名共享P3的兄弟節(jié)點(diǎn)。客戶可緩存并重新使用P3的兄弟節(jié)點(diǎn)，并且只需要重新傳送不在P3內(nèi)的部分以便認(rèn)證B。使在短時(shí)間間隔內(nèi)可能被訪問的兩個(gè)對(duì)象之間的共享路徑最大減小了網(wǎng)絡(luò)流量。
此外，發(fā)明提供了一種利用對(duì)象訪問模式來減小公鑰操作的數(shù)量以及簽名的大小這兩者的方法。所考慮的對(duì)象訪問模式的方面包括讀聚類、寫聚類和讀順序。根據(jù)讀聚類和寫聚類，將對(duì)象分成如下不同的認(rèn)證樹I)可能被一起寫的對(duì)象被分組到同一認(rèn)證樹中；II)可能被一起讀的對(duì)象也被分組到同一認(rèn)證樹中。
放置傾向于被一起寫的對(duì)象減小了在寫期間發(fā)布者和客戶的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)操作的數(shù)量。對(duì)于一組寫，發(fā)布者僅需要認(rèn)證該認(rèn)證樹的根一次?？蛻粢矁H需要檢查根的簽名的一個(gè)新版本。本發(fā)明還通過利用這些對(duì)象的讀順序來減小簽名大小。其基本思想是緩存和重新使用先前讀的對(duì)象的簽名的部分。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的對(duì)象訪問模式。更具體地，盡管圖2示出了為有效認(rèn)證而提供的對(duì)象訪問模式200的許多方面，但是可提供其他未明確示出的方面。這些方面中的一些可包括對(duì)象讀聚類(202)、對(duì)象寫聚類(204)、對(duì)象讀順序(206)、讀頻率、寫頻率和與讀頻率相關(guān)的寫頻率(208)、系統(tǒng)內(nèi)的客戶的數(shù)量、系統(tǒng)內(nèi)的對(duì)象的數(shù)量(210)、讀每個(gè)對(duì)象的客戶的數(shù)量、與讀頻率和寫頻率相關(guān)的對(duì)象普及性、系統(tǒng)的一致性要求、系統(tǒng)是在處理讀操作還是寫操作(212)等。
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的用于生成認(rèn)證樹的方法。更具體地，圖3示出web服務(wù)器(內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的一部分)生成認(rèn)證樹可能采取的步驟。服務(wù)器首先捕獲對(duì)象訪問模式(步驟302)。此信息將指導(dǎo)步驟304和306。下面在圖4的情境中說明了用于捕獲這種模式的一些說明性機(jī)制。在捕獲到對(duì)象訪問模式之后，服務(wù)器使用該對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分為多個(gè)認(rèn)證組(步驟304)。每個(gè)組可使用一認(rèn)證樹來認(rèn)證，盡管還可使用其他利用對(duì)象訪問聚類的認(rèn)證方法。也將對(duì)象訪問模式的另一個(gè)方面即訪問順序饋送到系統(tǒng)中，以指導(dǎo)對(duì)象在認(rèn)證樹內(nèi)的放置(步驟306)。好的放置使得最大數(shù)量的先前對(duì)象的簽名可重新用于認(rèn)證當(dāng)前讀的對(duì)象。于是，生成一個(gè)或多個(gè)認(rèn)證樹(步驟308)。
圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的提取對(duì)象訪問模式的各種說明性機(jī)制。這些機(jī)制可分為兩類使用系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)制(內(nèi)部組件)402，以及使用在線分析404。系統(tǒng)內(nèi)部組件402包括依賴跟蹤機(jī)制406例如對(duì)象依賴圖408、對(duì)應(yīng)用的代碼的靜態(tài)分析410等。在在線分析404中，系統(tǒng)分析哪些對(duì)象由什么客戶寫和讀，以及這些讀和寫發(fā)生的時(shí)間。
獲得寫聚類的一個(gè)例子是使用寫集合。圖5示出寫集合W1、W2、W3、W4、W5和W6的示例。寫集合可具有兩個(gè)成分其元素以及其權(quán)重。寫集合的成員是該寫集合中包含的對(duì)象，即經(jīng)常一起寫的對(duì)象的集合。寫集合的權(quán)重是指示對(duì)象被一起寫的可能性的數(shù)?？赏ㄟ^按比例調(diào)整所有權(quán)重來歸一化權(quán)重。
例如，W1的元素是A、C，其權(quán)重為3，這指示A和C經(jīng)常被一起寫，但是不如權(quán)重更大的寫集合例如W2頻繁。
生成寫集合的一種方式是從對(duì)象依賴圖或ODG(圖4的408)中推導(dǎo)出它們。一種方法是將ODG的一相連組件內(nèi)的對(duì)象放置在一寫集合中。另一種方法是將可從最高節(jié)點(diǎn)到達(dá)的葉對(duì)象放置在一寫集合中。
另一種生成寫集合的方式是在線分析對(duì)象讀和/或?qū)懩Ｊ?圖4的404)。一種方法是將一起在T單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生的寫分成一組。圖6中示出了這樣的過程600。最初，寫集合以被更新的第一對(duì)象開始(步驟602)。當(dāng)?shù)诙?duì)象O被更新時(shí)，過程判定O的更新是否在第一次寫的T單位時(shí)間內(nèi)(步驟604)。如果是這樣，則將O添加到寫集合內(nèi)(步驟606)，且過程繼續(xù)進(jìn)行。否則，該過程以寫集合W結(jié)束(步驟608)。然后，過程判定寫集合W是否以前已存在(步驟610)。如果是，則權(quán)重W增加1(步驟612)。否則，生成新的寫集合(步驟614)。
一個(gè)客戶的讀可被分組為一個(gè)讀集合。在一些情況下，與用于寫集合的方法類似地，進(jìn)一步要求一個(gè)讀組內(nèi)的讀在T單位時(shí)間內(nèi)是有用的。在此情況下，生成讀集合的過程與生成寫集合的過程類似。使用閾值T來生成讀集合可幫助減小客戶在一段時(shí)間上的平均負(fù)荷。
一旦生成寫集合和讀集合，下一步是將對(duì)象分為認(rèn)證組。如圖7內(nèi)所示，該過程可包括三個(gè)步驟。過程700的第一個(gè)步驟(步驟702)是將寫集合內(nèi)的對(duì)象分組在一起。然后，通過使讀集合內(nèi)的對(duì)象被包含該對(duì)象的寫集合代替來變換讀集合(步驟704)。最后，通過從最高權(quán)重的讀集合開始將讀集合內(nèi)的對(duì)象分組來生成認(rèn)證組(步驟706)。該過程繼續(xù)將對(duì)象分組，直到達(dá)到認(rèn)證組的預(yù)定大小。
圖8中示出這種過程的一個(gè)示例。在此示例中，將對(duì)象分為大小為4的認(rèn)證組。存在四個(gè)讀集合R1、R2、R3和R4，它們?cè)趫D8內(nèi)被標(biāo)示為802。R1的元素為A、I和J，R1的權(quán)重為3。這里，每個(gè)讀集合的權(quán)重是在給定間隔內(nèi)的這些讀集合的訪問次數(shù)。其權(quán)重也可被歸一化。其他讀集合R2、R3和R4的元素和權(quán)重也具有相同的意義。
該示例使用圖5中所示的寫集合。首先，將寫集合內(nèi)的對(duì)象分組在一起(圖7的步驟702)。這樣，得到六個(gè)初始組W1、W2、W3、W4、W5和W6。接下來，根據(jù)寫集合來變換讀集合(圖7的步驟704)。作為示例，R1的元素A、I和J被這些元素所屬的寫集合代替。因?yàn)锳在寫集合W1內(nèi)，I在寫集合W3內(nèi)，而J在寫集合W6內(nèi)，所以R1的元素被W1、W3和W6代替。對(duì)R2、R3和R6執(zhí)行同樣的變換。變換過的讀集合在圖8中被標(biāo)示為804。
最后一個(gè)步聚(圖7的步驟706)是按照權(quán)重的順序遍歷各讀集合，以進(jìn)一步將對(duì)象分組。這里，首先處理R2。R2包含W2和W5。將W2和W5內(nèi)的對(duì)象分組在一起。此時(shí)，達(dá)到了認(rèn)證組的大小。D、G、W和T作為認(rèn)證組1被輸出。執(zhí)行同樣的過程以生成認(rèn)證組2和認(rèn)證組3。這些認(rèn)證組在圖8內(nèi)被標(biāo)示為806。此時(shí)，當(dāng)每個(gè)對(duì)象都處于一個(gè)認(rèn)證組時(shí)，過程停止。每個(gè)認(rèn)證組可用認(rèn)證樹來認(rèn)證。
在本說明性描述的剩余部分，假定使用認(rèn)證樹來認(rèn)證認(rèn)證組。具體地，使用認(rèn)證組1(圖8內(nèi)的806)作為示例。
通過根據(jù)對(duì)象會(huì)被訪問的可能的順序?qū)?duì)象放置在認(rèn)證樹內(nèi)可進(jìn)一步減小認(rèn)證成本。首先，生成讀順序圖。圖9示出了讀順序圖的示例。在一讀順序圖中，節(jié)點(diǎn)902例如D、G、W和T是對(duì)象。與位于兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的直接邊904相關(guān)聯(lián)的權(quán)重代表對(duì)第一節(jié)點(diǎn)的訪問先于對(duì)第二節(jié)點(diǎn)的訪問的次數(shù)。例如，權(quán)重為6的從D到G的邊表示，有6次是先訪問D，然后再訪問G。該過程還可要求兩個(gè)相繼訪問之間的時(shí)間位于一定量的時(shí)間內(nèi)以增加這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的邊的權(quán)重。
一旦得到對(duì)象順序圖，就可據(jù)此放置對(duì)象。一種方法是對(duì)讀順序圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷以生成對(duì)象將被放置到認(rèn)證樹中的順序。在圖9所示的圖中，過程首先以具有權(quán)重最大的輸出邊的節(jié)點(diǎn)開始。在此例中，它是D。然后，過程通過首先沿權(quán)重最大的輸出邊前進(jìn)來對(duì)該圖進(jìn)行深度優(yōu)先遍歷。在此例中，接下來是G，然后是W和T。所得的順序被稱為對(duì)象訪問順序(OAR)。
圖10示出認(rèn)證樹1000。該樹的葉子是對(duì)象的散列。這種類型的樹被稱為Merkle散列樹，參見例如R.Merkle的“A Certified Digital Signature”，Proceedings of Crypto’98。本發(fā)明提供了用于構(gòu)造Merkle散列樹的新穎方法。例如，葉子M1是通過將安全散列函數(shù)H應(yīng)用于對(duì)象D而得到的。以與OAR相同的順序從左到右放置對(duì)象。中間節(jié)點(diǎn)是其兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的散列。例如，M1-2是M1和M2的父節(jié)點(diǎn)，并且M1-2是通過在附接在一起的字符串M1和M2上應(yīng)用所述安全散列函數(shù)H來計(jì)算的。在將其兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)散列之后，還用公鑰對(duì)根節(jié)點(diǎn)簽名。在此示例內(nèi)，散列的結(jié)果是M1-4。在此散列上生成公鑰簽名得到了PKI(M1-4)。
對(duì)象的簽名包括樹的根以及沿從該節(jié)點(diǎn)到根的路徑的節(jié)點(diǎn)的兄弟節(jié)點(diǎn)。因此，D的簽名是M2、M1-2和R。為了驗(yàn)證一對(duì)象，客戶只需沿從該對(duì)象到根的路徑應(yīng)用散列函數(shù)，并生成根散列M1-4，然后驗(yàn)證R是否是根散列的公鑰簽名。
圖11示出根據(jù)對(duì)象的訪問順序放置對(duì)象的好處。應(yīng)指出，圖11中的認(rèn)證樹1100表示與圖10中的認(rèn)證樹1000相同的示例。在D之后驗(yàn)證G是用作一個(gè)示例。D和G的簽名共享除了第一個(gè)散列之外的所有散列。即使用于驗(yàn)證G的第一個(gè)散列M2，也可通過對(duì)對(duì)象D進(jìn)行散列來計(jì)算，因?yàn)镸2＝H(G)。因此，當(dāng)客戶在D之后驗(yàn)證G時(shí)，假定已緩存先前的散列，則不需要發(fā)送任何散列。因?yàn)閷⒔?jīng)常被相繼訪問的對(duì)象一起放置在認(rèn)證樹內(nèi)，所以平均節(jié)約可以非常大。
應(yīng)指出，在圖8到11中示出的用于按讀和寫模式來將對(duì)象聚類的算法可應(yīng)用于認(rèn)證領(lǐng)域之外的其他問題。例如，經(jīng)常希望按讀和寫模式來將盤存儲(chǔ)器內(nèi)的對(duì)象聚類。當(dāng)根據(jù)讀和/或?qū)懩Ｊ皆诒P上相互接近地將對(duì)象聚類時(shí)，可大大提高性能。因此，盤存儲(chǔ)系統(tǒng)可使用本發(fā)明的聚類方法來按訪問局部性將對(duì)象聚類。本發(fā)明的這種使用可提高盤存儲(chǔ)性能，包括吞吐量和/或讀等待時(shí)間。
給定本文中提供的本發(fā)明的教導(dǎo)，下面將說明可從這些教導(dǎo)實(shí)現(xiàn)的一些其他的實(shí)現(xiàn)和優(yōu)點(diǎn)。
例如，根據(jù)本發(fā)明劃分對(duì)象的一個(gè)示例可包括首先考慮寫集合，然后考慮讀集合。首先將寫集合內(nèi)的對(duì)象分組在一起。也可考慮寫集合上的權(quán)重。還可在權(quán)重上設(shè)定閾值。僅將權(quán)重大于W的寫集合分組在一起。然后，根據(jù)讀集合將初始組分組在一起。此方法可減小與對(duì)象更新相關(guān)的服務(wù)器開銷和客戶開銷。當(dāng)寫集合較小時(shí)，此方法工作得特別好。
此外，可由系統(tǒng)來調(diào)節(jié)認(rèn)證組的大小?？墒褂么蟮恼J(rèn)證組來以客戶開銷和簽名大小為代價(jià)來減小服務(wù)器開銷。此外，在一些實(shí)現(xiàn)中，每個(gè)對(duì)象僅可被分配給一個(gè)認(rèn)證樹。在另一些實(shí)現(xiàn)內(nèi)，一些對(duì)象可被分配給多個(gè)對(duì)象樹。將對(duì)象分配給多個(gè)認(rèn)證樹可以服務(wù)器的開銷為代價(jià)來減小客戶開銷。
在一些情況下，如果一對(duì)象沒有改變，則中間層可將該對(duì)象的簽名的舊版本發(fā)送給客戶，并且其他對(duì)象的改變可促使為認(rèn)證樹生成新的簽名。
很明顯，本文中所述的本發(fā)明的教導(dǎo)還提供了一種用于探索對(duì)象讀順序以減小認(rèn)證的網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗的方法。此外，本發(fā)明可獲得最可能的讀對(duì)象的順序。獲得讀順序的一種方法可以是通過讀順序圖。讀順序圖中的節(jié)點(diǎn)是對(duì)象。這些節(jié)點(diǎn)之間的直接邊代表訪問的順序。當(dāng)客戶訪問對(duì)象A并然后在閾值時(shí)間t內(nèi)訪問對(duì)象B時(shí)，A和B之間的直接邊增加1。
用于根據(jù)讀順序圖生成將對(duì)象放置在認(rèn)證樹內(nèi)的順序的說明性方法包括以下步驟。該方法首先挑選與權(quán)重最大的輸出邊連接的對(duì)象O1。然后，該方法深度優(yōu)先地遍歷該圖，并首先沿著權(quán)重最大的輸出邊進(jìn)行。
此外，本發(fā)明的方法允許客戶緩存以前讀的對(duì)象的簽名以認(rèn)證新的對(duì)象?？蛻魞H需要檢索簽名的不在先前簽名內(nèi)的部分來認(rèn)證新的對(duì)象。
此外，客戶可根據(jù)其存儲(chǔ)器的大小、寫頻率和網(wǎng)絡(luò)帶寬的成本來調(diào)節(jié)其希望緩存的簽名的數(shù)量。
另外，中間層可通過客戶的網(wǎng)際協(xié)議(IP)地址或cookie來跟蹤對(duì)象，并從而跟蹤客戶已具有哪些簽名?？蛻暨€可在其對(duì)新對(duì)象的請(qǐng)求中通知中間層它已緩存哪個(gè)簽名。
還應(yīng)理解，本發(fā)明還包括用于提供內(nèi)容傳送服務(wù)的技術(shù)。作為示例，內(nèi)容提供者與消費(fèi)者或客戶達(dá)成協(xié)議(例如，經(jīng)由服務(wù)級(jí)別協(xié)議或某種非正式協(xié)議或安排)以提供內(nèi)容。然后，根據(jù)內(nèi)容提供者和內(nèi)容消費(fèi)者之間的服務(wù)合同的條款，內(nèi)容提供者根據(jù)本文中所述的一個(gè)或多個(gè)聚類和認(rèn)證方法將內(nèi)容提供給內(nèi)容消費(fèi)者。類似地，也可提供盤存儲(chǔ)服務(wù)。
最后參照?qǐng)D12，一框圖示出可在其中根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)內(nèi)容分發(fā)系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)組件/步驟(例如參照?qǐng)D1到11所描述的組件和方法)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的說明性硬件實(shí)現(xiàn)。應(yīng)理解，各個(gè)組件/步驟可在一個(gè)這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或更優(yōu)選地在多于一個(gè)這種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。在分布式計(jì)算系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的情況下，各個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和/或設(shè)備可經(jīng)由合適的網(wǎng)絡(luò)例如因特網(wǎng)或萬維網(wǎng)連接。但是，該系統(tǒng)可經(jīng)由專用網(wǎng)絡(luò)或局部網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明并不局限于任何特定的網(wǎng)絡(luò)。
如圖所示，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)1200可按照經(jīng)由計(jì)算機(jī)總線1210或其他可選擇的連接安排連接的處理器1202、存儲(chǔ)器1204、I/O設(shè)備1206和網(wǎng)絡(luò)接口1208實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)理解，本文中使用的術(shù)語“處理器”旨在包括任何處理設(shè)備，例如包括CPU(中央處理單元)和/或其他處理電路的設(shè)備。還應(yīng)理解，術(shù)語“處理器”可以指多于一個(gè)的處理設(shè)備，并且與一處理設(shè)備相關(guān)聯(lián)的各種元件可被其他處理設(shè)備共享。
本文中使用的術(shù)語“存儲(chǔ)器”旨在包括與處理器或CPU相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)器例如RAM、ROM、固定存儲(chǔ)設(shè)備(例如硬盤驅(qū)動(dòng)器)、可拆裝的存儲(chǔ)設(shè)備(例如軟盤)、快閃存儲(chǔ)器等。
另外，本文中使用的術(shù)語“輸入/輸出設(shè)備”或“I/O設(shè)備”旨在包括例如一個(gè)或多個(gè)用于將數(shù)據(jù)輸入處理單元的輸入設(shè)備(例如鍵盤、鼠標(biāo)等)，和/或一個(gè)或多個(gè)用于呈現(xiàn)與該處理單元相關(guān)聯(lián)的結(jié)果的輸出設(shè)備(例如揚(yáng)聲器、顯示器等)。
此外，本文中使用的術(shù)語“網(wǎng)絡(luò)接口”旨在包括例如一個(gè)或多個(gè)允許該計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)由合適的通信協(xié)議與另一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)通信的收發(fā)器。
因此，包含用于執(zhí)行本文中所述方法的指令或代碼的軟件組件可存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的存儲(chǔ)設(shè)備(例如ROM、固定或可拆裝的存儲(chǔ)器)內(nèi)，并且當(dāng)準(zhǔn)備利用時(shí)，被CPU部分或全部裝載(例如裝載到RAM內(nèi))和執(zhí)行。
盡管這里已參照

了本發(fā)明的說明性實(shí)施例，但是應(yīng)理解本發(fā)明并不局限于這些精確的實(shí)施例，并且本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員可實(shí)現(xiàn)許多其他的改變和修改而不會(huì)背離本發(fā)明的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種用于生成和讀取認(rèn)證信息這兩者中的一個(gè)的方法，其中所述認(rèn)證信息證明了多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成和發(fā)送的這兩者之一，該方法包括以下步驟使用指示是否在相似時(shí)間段內(nèi)訪問了所述多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以降低用于生成和讀取所述認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括確定一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述使用對(duì)象訪問模式的步驟還包括被訪問的對(duì)象是被讀的對(duì)象和被更新的對(duì)象這兩者中的一個(gè)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述使用對(duì)象訪問模式的步驟還包括使用至少一個(gè)圖將對(duì)象分組在一起的步驟。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述使用至少一個(gè)圖的步驟還包括使用至少一個(gè)Merkle散列樹。
6.權(quán)利要求4的方法，其中所述將對(duì)象分組的步驟還包括如果兩個(gè)對(duì)象具有相似的訪問模式則將它們放置在同一圖中。
7.權(quán)利要求1的方法，還包括維護(hù)可能彼此時(shí)間接近地被更新的對(duì)象的集合的步驟。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述維護(hù)步驟還包括使用對(duì)象依賴圖、對(duì)生成多個(gè)對(duì)象的代碼的分析、和對(duì)多個(gè)對(duì)象的變化模式的在線分析中的至少一個(gè)來確定所述對(duì)象集合。
9.權(quán)利要求1的方法，還包括維護(hù)可能彼此時(shí)間接近地被讀的對(duì)象的集合的步驟。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述維護(hù)步驟還包括使用對(duì)讀多個(gè)對(duì)象的代碼的分析和對(duì)多個(gè)對(duì)象的讀模式的分析中的至少一個(gè)來確定所述對(duì)象集合。
11.權(quán)利要求1的方法，還包括使用具有超過一閾值的權(quán)重的寫集合來將對(duì)象劃分為認(rèn)證組的步驟。
12.權(quán)利要求1的方法，還包括基于讀集合來劃分對(duì)象的步驟。
13.權(quán)利要求1的方法，其中，將對(duì)象放置在認(rèn)證組中，并且可以調(diào)整認(rèn)證組的大小以折衷權(quán)衡中央處理器單元開銷和簽名大小。
14.權(quán)利要求1的方法，還包括將對(duì)象分配到多個(gè)認(rèn)證組以便減小客戶開銷的步驟。
15.權(quán)利要求1的方法，還包括如果對(duì)象無變化則使用該對(duì)象的簽名的舊版本的步驟。
16.權(quán)利要求1的方法，還包括探索對(duì)象讀順序以減小跨網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)恼J(rèn)證信息的大小的步驟。
17.權(quán)利要求1的方法，還包括客戶緩存先前讀取的對(duì)象的簽名以減小用于未來認(rèn)證的開銷的步驟。
18.權(quán)利要求17的方法，還包括客戶基于存儲(chǔ)器大小、寫頻率、和網(wǎng)絡(luò)帶寬成本中的一個(gè)調(diào)整緩存的簽名的數(shù)量的步驟。
19.權(quán)利要求1的方法，還包括中間層使用客戶標(biāo)識(shí)信息跟蹤客戶已緩存哪些簽名的步驟。
20.權(quán)利要求19的方法，其中所述標(biāo)識(shí)信息包括網(wǎng)際協(xié)議地址和cookie中的一個(gè)。
21.權(quán)利要求1的方法，還包括客戶在對(duì)于新的對(duì)象的請(qǐng)求中通知中間層該客戶已緩存的簽名的步驟。
22.一種用于生成和讀取認(rèn)證信息這兩者中的一個(gè)的裝置，其中所述認(rèn)證信息證明了多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成和發(fā)送的這兩者中的一個(gè)，該裝置包括存儲(chǔ)器；以及與所述存儲(chǔ)器連接的至少一個(gè)處理器，該處理器可操作以使用指示是否在相似時(shí)間段內(nèi)訪問了所述多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)對(duì)象的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以降低用于生成和讀取所述認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷。
23.一種用于生成和讀取認(rèn)證信息這兩者中的一個(gè)的制造物品，其中所述認(rèn)證信息證明了多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成或發(fā)送的這兩者中的一個(gè)，該制造物品包括包含了一個(gè)或多個(gè)程序的機(jī)器可讀媒體，所述程序當(dāng)被執(zhí)行時(shí)執(zhí)行以下步驟使用指示是否在相似時(shí)間段內(nèi)訪問了多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以減小用于生成和讀取所述認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷。
24.一種用于提供內(nèi)容交付服務(wù)的方法，包括以下步驟服務(wù)提供者向消費(fèi)者提供服務(wù)，該服務(wù)使用指示是否在相似時(shí)間段內(nèi)訪問了多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以減小用于生成和讀取認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷，其中所述的認(rèn)證信息證明了與所述內(nèi)容相關(guān)的多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成和發(fā)送的這兩者中的一個(gè)。
全文摘要
提供了用于基于訪問模式有效認(rèn)證多個(gè)對(duì)象并聚類對(duì)象的技術(shù)。例如，在本發(fā)明的說明性方面中，一種用于生成和/或讀取認(rèn)證信息的技術(shù)包括使用指示是否在相似時(shí)間段內(nèi)訪問了多個(gè)對(duì)象中至少兩個(gè)的一個(gè)或多個(gè)對(duì)象訪問模式來將對(duì)象分組在一起，以減小用于生成和讀取認(rèn)證信息這兩者中至少一個(gè)的開銷，其中所述認(rèn)證信息證明了所述多個(gè)對(duì)象是由一實(shí)體生成和發(fā)送的這兩者中的一個(gè)。
文檔編號(hào)H04L29/06GK1767437SQ20051011432
公開日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月29日
發(fā)明者A·K·伊恩格爾, 殷鑒 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司