KiZUNA: P2Pネットワークを用いた分散型マイクロブログサービスの実現
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現在実装中のP2Pネットワークを用いた分散型マイクロブログサービスKiZUNAの設計について述べる．KiZUNAはサーバを必要としないPure P2P型のシステムとして実現する．メッセージの購読と配送に構造化P2Pネットワークの1つであるSkip Graphを用いたALM(Application Level Multicast)を用いる．また，ハッシュタグ，全文検索，検索ストリーム，複製管理などの方式についても述べる． This paper describes a design of KiZUNA, a pure P2P-based microblogging service. Subscription and distribution of messages are implemented using ALM (Application Level Multicast) over a skip graph, a structured P2P network. Hashtags, full-text search, search stream, and replica management are also discussed. 論文PDFは http://goo.gl/xoSEPb
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KiZUNA: P2Pネットワークを用いた分散型マイクロブログサービスの実現
- 1. KiZUNA: P2Pネットワークを用いた マイクロブログサービスの実現 大阪市立大学 創造都市研究科 播磨 裕太 安倍 広多 石橋 勇人 松浦 敏雄
- 2. 研究背景 マイクロブログサービスの普及 ◦ Twitter, Weibo, Yammer, etc… Twitter ◦ 月間アクティブユーザ: 2億4千万人超 ◦ 日間ツイート数: 5億ツイート 既存のマイクロブログサービスは サーバクライアントモデルで実現 2
- 3. 研究背景 | 問題点(1) サーバクライアントモデル アクセスが サーバに集中 サーバがダウンすると サービスが停止する （単一故障点の存在） ．．． バルス！ バルス！ バルス！ バルス！ 3
- 4. 研究背景 | 問題点(2) 高い運用コスト ◦ 大量のサーバなどが必要 Twitter Inc. ◦ 2013年第4四半期（10月-12月）: 517億円の赤字 4
- 5. 研究目的 Pure P2Pでマイクロブログサービスを実現 ◦ 全ユーザの端末でTwitterのサブセットを実現 ◦ サーバ不要 ◦ 名称: KiZUNA メリット ◦ 耐故障性（単一故障点の排除） ◦ 高いスケーラビリティ ◦ 低い運用コスト 5
- 15. 本研究の意義
- 16. 関連研究 本研究 ツイートをフォロワーに P2Pベースのマイクロブログサービス 配送する機能に該当 西尾らの 戸部らの Megap Cuckoo hone 手法 手法 KiZUNAだけがサポート！ Hybrid ハッシュタグや Pure Pure Hybrid P2Pの種類 購読者に 検索ストリームに該当 ○ ○ ○ ○ 配送する機能 KiZUNA Pure ○ 内容に応じた配送 × × × × ○ 全文検索 × × × × ○ メッセージの アーカイブ管理 ○ ○ 不明 不明 ○ 16
- 17. 本研究の意義 高機能なマイクロブログサービスを Pure P2Pで実現する方法を明らかにする ◦ マイクロブログサービス = Pub/Subパラダイムに よってモデル化 購読者にメッセージを配送 →トピックベースPub/Sub 内容に応じたメッセージ配送 →コンテンツベースPub/Sub 同時に実現 アーカイブ機能 →アーカイブ機能付きPub/Sub 17
- 18. KiZUNAの設計について
- 19. KiZUNA | 構造 後で説明 4つのSkip Graphベースの 構造化P2Pネットワークから構成 メッセージ配送用 検索ストリーム用 全文検索用 DHT用 すべてをSkip Graphベースで 実現することで実装コストを下げる 19
- 20. KiZUNA | ユーザの識別(1) Twitterではスクリーンネーム （ユーザが任意に設定可能で重複しない） KiZUNAでも使うが… 重複しないことを保証したいが サーバがないため難しい 20
- 21. KiZUNA | ユーザの識別(2) 重複しないIDが必要 乱数で生成した長いビット列を IDとする（これをUIDと呼ぶ） UIDの例: 582cd103-ee87-4b14-b57f-848a248de58c UIDとスクリーンネームを併用 21
- 22. メッセージ配送の実現法
- 23. メッセージ配送 | 概要(1) バルス！ A Aのフォロワー B C ．．． X フォロワー全員に配送しなければならない 一人一人に送るのは効率が悪い Twitterで最もフォローされている ユーザのフォロワー数は5000万人超 23
- 24. メッセージ配送 | 概要(2) 一人一人に送るのは効率が悪い まとめて送信する P2Pネットワーク(Skip Graph)上で ALM(Application Level Multicast)により配送 24
- 25. メッセージ配送 | Skip Graphの構造 Level 3 Level 2 10 20 30 40 50 60 30 20 70 40 10 70 80 20 30 50 80 60 50 70 キー（昇順に並ぶ） 同一のコンピュータ（ノード） 10 40 60 80 Level 1 Level 0 10 20 30 40 50 60 70 80 000 100 110 010 101 001 111 011 25
- 26. メッセージ配送 | Skip GraphのALM Level 3 10 20 [50, 80]へ 送信 Level 2 Level 1 Level 0 30 30 40 50 60 ① ホップ数: O (log n ) 20 50 40 10 60 70 80 70 80 ② n : ネットワーク内の総ノード数 20 30 10 50 40 ② 70 60 ③ 80 10 20 30 40 50 60 70 80 000 100 110 010 101 001 111 011 26
- 27. メッセージ配送 | 詳細(1) 購読者をある範囲に集めておけば ALMでメッセージを配送できる ユーザXがユーザYを購読する場合 XはYのUIDをキーとしてSkip Graphに挿入する 27
- 28. メッセージ配送 | 具体例 Aのフォロワー Bのフォロワー Cのフォロワー C B A 分自身のキーは 自 UID:初めから挿入 10 UID: 20 UID: 30 フォロー関係を表したSkip Graph(Level 0部分） キーを挿入しているユーザ 10 20 30 A B C 28
- 29. メッセージ配送 | 具体例 Aのフォロワー Bのフォロワー Cのフォロワー Aを購読 B A C B UID: 10 UID: 20 UID: 30 BがAのUID(10)を挿入 フォロー関係を表したSkip Graph(Level 0部分） 10 10 20 30 A B B C 29
- 30. メッセージ配送 | 具体例 Aのフォロワー B A Bのフォロワー Cを購読 Cのフォロワー C B UID: 10 UID: 20 A UID: 30 AがCのUID(30)を挿入 フォロー関係を表したSkip Graph(Level 0部分） 10 10 20 30 30 A B B C A 30
- 31. メッセージ配送 | 具体例 Aのフォロワー Bのフォロワー B C A UID: 10 A C B Cのフォロワー C A UID: 30 UID: 20 フォロー関係を表したSkip Graph(Level 0部分） Aのフォロワー Bのフォロワー Cのフォロワー 10 10 10 20 20 20 30 30 A B C B C A C A 31
- 32. メッセージ配送 | 具体例 バルス！ Aのフォロワー B C A UID: 10 Bのフォロワー A C B Cのフォロワー C A UID: 30 UID: 20 Bはこの範囲にALMする フォロー関係を表したSkip Graph(Level 0部分） 10 10 10 20 20 20 30 30 A B C B C A C A 32
- 33. メッセージ配送 | まとめ 購読 ◦ 購読したいユーザのUIDを キーとしてSkip Graphに挿入 配送 ◦ 自身のUIDをキーの範囲としてALM フォロワーが多くても効率が良い ◦ ホップ数は対数オーダー 配送時に購読していないノードを経由しない ※ハッシュタグに関する配送については割愛 33
- 34. メッセージアーカイブの実現法
- 39. メッセージアーカイブ | 具体例 Aのフォロワー A B C Bのフォロワー B Cのフォロワー A C C A UID: 30 UID: 10 Cのオンラインの UID: 20 フォロワーが少ないGraph(Level 0部分） フォロー関係を表したSkip Cのフォロワー 無作為にオンラインの 10 10 10 20 20 20 ユーザを選ぶ 30 30 30 A B C B C A Cを強制的に購読させる C A X 39
- 40. メッセージアーカイブ | まとめ フォロワーがメッセージの複製を保持する ◦ 余計なコストがかからない 常に一定数以上のフォロワー数を保つ ◦ 少なくなると強制的に購読させる ◦ フォロワーの右端のノードが フォロワー数の判定と強制購読を担当 40
- 41. 全文検索と検索ストリームの実現法
- 42. 全文検索 | 概要 過去のメッセージを検索 KiZUNAではサーバがないためメッセージを ユーザが分散して保持している 分散しているメッセージを 効率よく探す必要がある BF Skip Graphを用いる 42
- 43. 全文検索 | BF Skip Graphの概要 P2Pネットワーク上で全文検索を行うしくみ ◦ 各ノードは保持しているドキュメントを Bloom Filterに登録 ◦ 各ノードのBloom Filterを階層的に集約 IOT研究会なう 形態素解析 IOT 研究 会 なう 登録 Bloom Filter 43
- 44. 全文検索 | BF Skip Graphの構造 Level 3 Level 2 Level 1 Level 0 10 20 30 40 50 60 30 20 10 70 40 20 30 10 10 70 80 50 60 50 40 80 70 60 80 20 30 40 50 60 70 80 44
- 45. 全文検索 | BF Skip Graphの構造 Level 3 Level 2 Level 1 Level 0 10 「バルス」を検索 60 20 40 80 30 50 70 30 20 10 70 40 20 30 10 10 50 80 60 50 40 70 60 80 20 30 40 50 60 70 80 バルス バルス バルス 45
- 46. 全文検索 | KiZUNAでは… 全文検索用の新たなSkip Graphを構成する 発信者自身がオフラインでも検索したい ◦ 複製を保持しているノードも参加 ◦ フォロワーが一部だけが参加（で十分） 46
- 47. 検索ストリーム | 概要 Push型検索 ◦ 検索キーワードを登録しておく 検索ストリーム専用のBF Skip Graphを構成 ◦ 検索キーワードをBloom Filterに登録する ◦ メッセージ配送時にマッチするかを調べ配送する 47
- 48. 検索ストリーム | 具体例 Level 3 Level 2 Level 1 Level 0 10 「IOT研究会なう」をツイート 20 40 60 80 30 50 70 30 20 70 40 10 20 30 10 10 50 80 60 50 40 70 60 80 20 30 40 50 60 70 80 IOT IA IPSJ なう SITE 研究 加賀 48
- 49. 発信者認証について
- 51. 発信者認証 | 概要(2) 通常のDHTは誰 でもデータを 書き換え可能 公開鍵が 改ざんされる DHTにデジタル署名を付与 署名が付いているデータの書き換えは 署名付きのリクエストが必要 51
- 52. メッセージ配送のまとめ
- 54. 実装について
- 55. KiZUNA | 実装 P2P基盤ソフトウェアPIAX上に実装中 ◦ 実装済み Skip Graph BF Skip Graph メッセージ配送機能 発信者認証機能 55
- 56. まとめ Pure P2Pでマイクロブログサービスを実現する 方法を示した ◦ メッセージ配送にはSkip Graph上のALMを使用 ◦ アーカイブ機能（複製機能） ◦ 全文検索・検索ストリームにはBF Skip Graphを使用 これにより… ◦ 耐故障性（単一故障点の排除） ◦ 高いスケーラビリティ 今後評価予定 ◦ 低い運用コスト 56