A network-agnostic and cheat-resistant framework for multiplayer online games [Elektronische Ressource] / von Patric Kabus

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• Publié par: technischen_universitat_darmstadt
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 77
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 8 Mo

Extrait

A Network-Agnostic and
Cheat-Resistant Framework for
Multiplayer Online Games
Vom Fachbereich Informatik
der Technischen Universit at Darmstadt
genehmigte
DISSERTATION
zur Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der Ingenieurswissenschaften (Dr.-Ing.)
von
Dipl.-Inform. Patric Kabus
geboren in Dieburg
Referenten:
Prof. Alejandro P. Buchmann, PhD, TU-Darmstadt
Prof. Dr. Bettina Kemme, McGill University
Tag der Einreichung: 22.04.2009
Tag der mundlic hen Prufung: 15.05.2009
Darmstadt 2009
D17Erklarung
Hiermit erkl are ich, die vorgelegte Arbeit zur Erlangung des akademischen
Grades "Dr.-Ing." mit dem Titel "A Network-Agnostic and Cheat-Resistant
Framework for Multiplayer Online Games" selbst andig und ausschlie lich unter
Verwendung der angegebenen Hilfsmittel erstellt zu haben. Ich habe bisher noch
keinen Promotionsversuch unternommen.
Darmstadt, den 22.04.2009 Patric KabusAkademische Laufbahn
1984 - 1988 Wendelinusschule Klein-Umstadt
1988 - 1997 Max-Planck-Gymnasium Gro -Umstadt
1998 - 2003 Studium der Informatik an der TU Darmstadt
2003 - 2008 Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der TU DarmstadtTo my wife and my family.i
Zusammenfassung
"Kinderkram" mag der erste Gedanke vieler sein, wenn es auf das Thema
Computer- und Videospiele kommt. Doch das Wachstum der Branche und ihre
Verkaufszahlen sprechen da eine ganz andere Sprache: Die weltweiten Ums atze
haben anl gst zweistellige Milliardenbetr age erreicht und von den Wachstum-
sraten k onnen andere Branchen nur tr aumen. Alleine in den USA wurden im
Jahr 2007 18,8 Milliarden US-Dollar mit Soft- und Hardware fur Computer-
und Videospiele umgesetzt. Dies bedeutet eine Steigerung um vierzig Prozent
gegenub er dem Vorjahr. Analysten sagen voraus, dass dieser Industriezweig in
absehbarer Zeit sogar die Umsatzzahlen der Musikindustrie ubertre en wird.
Mit der zunehmenden Bedeutung der weltweiten Vernetzung ub er das In-
ternet steigt auch der Anteil sogenannter "Online-Spiele". Bei dieser Art von
Spielen k onnen sich Teilnehmer, die ub er die ganze Welt verteilt sind, zum
gemeinsamen Spielen ub er das Internet miteinander verbinden. Auch die Zukun-
ftsaussichten solcher Online-Spiele sind gl anzend: bis 2011 soll der weltweite
Umsatz auf ub er 13 Milliarden US-Dollar ansteigen. Die kommerziell wohl
erfolgreichste Art von Online-Spielen sind die sogenannten "Massively Multi-
player Online Games (MMOGs)". Dieses Genre bietet riesige virtuelle Spiel-
welten, in denen tausende von Spielern gleichzeitig interagieren k onnen. Dazu
erscha en sie individuelle virtuelle Avatare, die in Anlehnung an reale Personen
Eigenschaften und F ahigkeiten entwickeln sowie Besitztumer anhaufen k onnen.
Die Spielwelten sind rund um die Uhr verfugbar, ein Spieler kann sie jederzeit
mit einem Avatar betreten. Anders als bei anderen Spielgenres gibt es kein
vorgegebenes Ziel nach dessen Erreichen das Spiel zuende ist. Stattdessen ex-
istieren die virtuellen Welten oft ub er viele Jahre hinweg und binden somit die
Spieler langfristig. Der erfolgreichste Vertreter der MMOGs ist zur Zeit "World
of Warcraft", der Anfang 2008 ub er zehn Millionen Teilnehmer weltweit vor-
weisen konnte und damit einen Marktanteil von ub er 62 Prozent innehatte. Die
Teilnahme an diesen Spielen wird in der Regel ub er Abonnements realisiert, fur
die monatliche Betr age von bis zu 15 US-Dollar erhoben werden.
Die Entwicklung von heutigen Computer- und Videospielen ist eine komplexe
und kostenintensive Herausforderung. Im Jahr 2008 hat das erste Videospiel
die Grenze von 100 Millionen US-Dollar an Entwicklungskosten ub erschritten.
Zus atzlich mussen Anbieter von Online-Spielen die notwendige Infrastruktur
bereitstellen und betreiben, damit ein Spiel ub er das Internet gespielt wer-
den kann. Traditionell werden diese Spiele als Client/Server-Architektur re-
alisiert. Der Client dient dabei nur als eine Art Terminal, das die Spielwelt
audiovisuell darstellt und Kommandos des Spielers entgegennimmt um sie an
den Server zu schicken. Alle notwendigen Berechnungen um diese Kommandos
zu verarbeiten und den Zustand der Spielwelt zu verwalten werden auf dem
Server durchgefuhrt. Um hunderte oder gar tausende von Spielern in einer
Spielwelt unterzubringen sind leistungsf ahige Rechner und breitbandige Inter-
netverbindungen notwendig. Dazu kommt ein erheblicher Personalaufwand fur
das Betreiben der Server, das Erstellen von Softwareupdates sowie Kundenser-
vice und Abonnementverwaltung. Beispielsweise liefen fur World of Warcraft
seit dem Start im November 2004 rund 200 Millionen US-Dollar an Kosten an.ii
Zus atzlich zu dem Aufwand, den Betrieb eines Online-Spiels aufrecht zu er-
halten, kommt eine weitere Herausforderung hinzu: das Spiel frei von Betrugern,
sogenannten "Cheatern" zu halten. Als Cheater bezeichnet man Spieler, die sich
unfaire Vorteile gegenub er anderen Spielern verscha en. Dies hat erheblichen
Ein u auf das Spielerlebnis ehrlicher Spieler und damit letztendlich auch auf
den kommerziellen Erfolg eines Spiels. Ehrliche Spieler werden durch Cheater
benachteiligt, was dazu fuhrt, dass sie hau g ihre Abonnements kundigen. Die
Betreiber von MMOGs gehen in der Regel hart gegen Cheater vor und ogernz
nicht diese sofort vom Spiel auszuschlie en. Beispielsweise hat Blizzard Enter-
tainment, der Betreiber von World of Warcraft, im Jahr 2006 innerhalb eines
einzigen Monats 59.000 Spieler wegen Cheatings des Spiels verwiesen.
In dieser Arbeit stellen wir eine Netzwerkarchitektur fur Online-Spiele vor,
die darauf abzielt, die Kosten fur das Bereitstellen der notwendigen Dienste
erheblich zu senken. Dies geschieht, indem die ben otigte Rechenzeit und Band-
breite nicht mehr vom Server, sondern von den Clients, d.h. den Rechnern
der Spieler, bereitgestellt wird. In der Regel verfugen Spieler ub er sehr leis-
tungsf ahige Hardware, die bei Online-Spielen bislang nicht voll ausgelastet wird,
da die Spielwelt vollst andig auf dem Server verwaltet wird. Weiterhin sind
Spieler h au g ub er breitbandige Verbindungen an das Internet angeschlossen.
Unsere Architektur nutzt diese Ressourcen indem sie die Verwaltung der Spiel-
welt auf die Clients verlagert. Zu diesem Zweck wird die Spielwelt in kleinere
Regionen, deren Verwaltung von einem einzelnen Spielerrechner bew altigt wer-
den kann, unterteilt. Ein Spieler, dessen Avatar sich in einer bestimmten Region
be ndet, verbindet sich mit dem Rechner, der fur die Verwaltung dieser
zust andig ist. Der Spielbetreiber muss nun nur noch Dienste bereitstellen, die
verh altnism a ig wenig Ressourcen in Anspruch nehmen. Zum einen wird ein Di-
enst ben otigt, der die Spielregionen den Clients zur Verwaltung zuweist. Dieser
Dienst kann gleichzeitig als Zutrittspunkt zum System fungieren, der jeden
Spieler zu dem Rechner weiterleitet, der gerade fur seine Region zusant dig ist.
Weiterhin sollte die Abonemmentverwaltung nur von einem vertrauenswurdigen
Server durchgefuhrt werden, da hier sensible Daten gespeichert sind.
Die gerade beschriebene Netzwerkarchitekur wird in ein Framework inte-
griert, dass netzwerkspezi schen Programmcode vor dem Spielentwickler ver-
birgt. Das vermindert die Komplexit at des Entwicklungsprozess’ erheblich
und damit auch die verbundenen Kosten. Gleichzeitig wird die Wiederver-
wendbarkeit deutlich gesteigert. Die Abstraktion vom Netzwerk wird ub er
das Publish/Subscribe-Paradigma erreicht. Das Framework sorgt dafur, dass
Anderungen des Spielstandes ub er eine Publikation automatisch zu den Rech-
nern verteilt werden, die an dieser Anderung interessiert sind. Auf diese
Weise wird der Zustand des Spiels auf allen Knoten konsistent gehalten, ohne
dass der Spielentwickler dazu manuell eingreifen muss. Das Framework ab-
strahiert aber nicht nur von der oben genannten Netwerkarchitektur. Prinzipiell
kann jede Architektur verwendet werden, solange die Kommunikation auf die
entsprechenden Subskriptionen und Publikationen abgebildet werden kann. Mo-
mentan unterstutzen wir zus atlich die traditionelle Client/Server-Architektur
und einen reinen Peer-to-Peer-Modus. Zusatzlic h zur Netzwerkabstraktion
beschleunigt das Framework den Entwicklungsprozess durch einen datenzen-
trierten Ansatz. Jeder Aspekt eines Spielobjekts | Zustand, Typ und Opera-
tionen | konnen aus einer externen Datei geladen und zur Laufzeit ver andert
werden. Dadurch wird zeitaufw andiges Neukompilieren bei Anderungen am