On the Feasibility of Using Network Coding with the Inter-Planetary File System. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF Omar Lajam Final MS Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 May 2025. Download (2MB)

Arabic Abstract

في العام 2015، برز ما يسمى نظام الملفات العابر للكواكب IPFS باعتباره نظامًا واعدًا لمشاركة الملفات الموزعة من نظير إلى نظير P2P والذي يستعد ليصبح العمود الفقري للويب 3. ومع ذلك، فإن بروتوكول BitSwap الخاص به والمسؤول عن تبادل البيانات، يواجه مشكلات تعدد النُسخ عندما يقوم أكثر من عضو في الشبكة بالرد ببيانات مكررة تم استلامها سابقاً. لمعالجة هذه المشكلة، نصمم في هذه الأطروحة CodedBitSwap، وهو بروتوكول تبادل بيانات مبتكر يدمج ترميز الشبكة الخطية العشوائية RLNC في BitSwap. وبالنظر إلى أن عمليات RLNC تتطلب إجراء معالجات حسابية إضافية، فقد تم تصميم البروتوكول مع الاهتمام الدقيق بالتعقيد الحسابي الذي تم الاعتناء به من خلال مجموعة من تجارب الأداء التي وجهت اختيار بنية التشفير الأكثر ملاءمة. لتقييم جدوى وأداء بروتوكول CodedBitSwap، تم إجراء تقييم تجريبي ضمن سيناريوهات مختلفية لمقارنته مع BitSwap باستخدام بيئة اختبار محكمة تتكون من 11 عضو شبكي تنتقل بينهم ثلاثة ملفات بأحجام مختلفة. أثناء عملية نقل الملفات، تم قياس كمية البيانات المرسلة ووقت التنزيل وأوقات التشفير وفك التشفير لكل عضو. توضح نتائج التقييم أن CodedBitSwap يزيل التكرار بشكل فعال بتكلفة منخفضة نسبيًا تتمثل في زيادة بسيطة في وقت تحميل البيانات. يمكن أن تكون منهجية التصميم المتبعة في CodedBitSwap بمثابة نهج عملي للأنظمة المستقبلية، والتي توازن تكاليف ترميز RLNC مع فوائدها المكتسبة. يساهم هذا العمل في تطوير ترميز الشبكة في شبكات النظير للنظير ويوضح قدرته على تحسين كفاءة IPFS، وفتح آفاق جديدة للبحث العلمي مستقبلاً.

English Abstract

The Inter-Planetary File System (IPFS) has emerged in 2015 as a promising peer-to-peer (P2P) distributed file-sharing system poised to become the backbone of Web3. However, its BitSwap protocol, responsible for block exchange, encounters redundancy issues when multiple peers respond with duplicate blocks. To address this limitation, we propose CodedBitSwap, an innovative network coding-based data exchange protocol that integrates Random Linear Network Coding (RLNC) into BitSwap. Considering that RLNC operations incur additional computational overhead, the RLNC-based protocol is designed with careful attention to its computational complexity that is investigated through trial experiments guiding the selection of coding parameters and structures. To assess the feasibility and performance of CodedBitSwap, an experimental evaluation that compares it with BitSwap was conducted in different scenarios using a controlled testbed environment consisting of 11 nodes exchanging three files of different sizes. During file exchange, the amount of data transmitted, download time, and encoding and decoding times were measured for each node. The evaluation results demonstrate that CodedBitSwap effectively eliminates redundancy at a relatively low cost of increased download time. The introduced RLNC computational complexity was optimized by the generation-based design strategy that minimizes it, ensuring that the cost of the reduced redundancy remains relatively low. The undertaken design methodology of CodedBitSwap offers a practical approach for future systems, which balances the overhead of RLNC coding with the benefits it brings. This work contributes to the advancement of network coding in P2P networks and demonstrates its potential to improve the efficiency of IPFS, opening up avenues for future research.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Computer
Department:	College of Computing and Mathematics > Information and Computer Science
Committee Advisor:	Mohammed, Salahadin Adem
Committee Members:	El-Alfy, Elsayed M. and Al-Khatib, Wasfi G.
Depositing User:	OMAR LAJAM (g201475920)
Date Deposited:	29 May 2024 06:46
Last Modified:	29 May 2024 06:46
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142883