Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Luận văn thạc sỹ nghiên cứu việc đảm bảo an toàn thông tin trong hệ thống tính t...

Tài liệu Luận văn thạc sỹ nghiên cứu việc đảm bảo an toàn thông tin trong hệ thống tính toán lưới

.PDF
114
593
135

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU VIỆC ĐẢM BẢO AN TOÀN THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG TÍNH TOÁN LƯỚI LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2015 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN TRUNG NGHIÊN CỨU VIỆC ĐẢM BẢO AN TOÀN THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG TÍNH TOÁN LƯỚI Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60.48.05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến Hà Nội - 2015 2 MỤC LỤC MỤC LỤC .............................................................................................................. 1 DANH MỤC THUẬT NGỮ ................................................................................... 6 LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 8 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 10 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN LƯỚI ..................................... 11 1.1. TÍNH TOÁN LƯỚI. ................................................................................... 11 1.1.1. Khái niệm Tính toán lưới. ..................................................................... 11 1.1.2. Lợi ích của Tính toán lưới. ................................................................... 13 1.1.3. Vấn đề cơ bản của một hệ thống lưới. ................................................... 15 1.1.4. Kiến trúc của một lưới .......................................................................... 16 1.2. VẤN ĐỀ AN TOÀN THÔNG TIN TRONG TÍNH TOÁN LƯỚI ............... 17 1.2.1. Các thách thức an toàn trong Tính toán lưới. ....................................... 18 1.2.2. Các chính sách bảo đảm an ninh cho hệ thống lưới .............................. 20 1.2.3. Kiến trúc an ninh cho hệ thống lưới ..................................................... 23 CHƯƠNG 2. NỀN TẢNG AN TOÀN THÔNG TIN LƯỚI GSI .................... 29 2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN ......................... 29 2.1.1. Mã hóa thông tin .................................................................................. 29 2.1.2. Hệ mã hóa khóa đối xứng. .................................................................... 30 2.1.3. Hệ mã hóa khóa phi đối xứng. .............................................................. 31 2.1.4. Chữ ký số .............................................................................................. 32 2.1.5. Chứng chỉ số. ........................................................................................ 33 2.1.6. Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. ................................................. 35 2.2. CƠ SỞ HẠ TẦNG AN TOÀN THÔNG TIN TRÊN LƯỚI. ........................ 37 2.2.1. Cơ sở hạ tầng mật mã khóa công khai. ................................................. 37 2.2.2. Bảo vệ thông tin mức thông điệp và mức giao vận. ............................... 38 2.2.3. Giấy ủy nhiệm lưới. .............................................................................. 39 2.2.4. Sự ủy quyền. ......................................................................................... 39 2.2.5. Chứng thực trong GSI. .......................................................................... 40 2.2.6. Ứng dụng của GSI. ............................................................................... 40 2.3. BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0. ................................................... 41 2.3.1. Thành phần chính của Globus Toolkit. ................................................. 41 2.3.2. An toàn bảo mật trong Globus Toolkit. ................................................. 45 3 2.3.3. Minh họa cài đặt cơ chế an toàn bảo mật cho dịch vụ GRAM. .............. 47 CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO ................................... 50 3.1. TỔ CHỨC ẢO. ........................................................................................... 50 3.1.1. Khái niệm tổ chức ảo. ........................................................................... 50 3.1.2. Tổ chức ảo và tài nguyên lưới. .............................................................. 51 3.1.3. Thông tin người dùng trong tổ chức ảo. ................................................ 53 3.1.3.1 Cấu trúc tổ chức ảo. ........................................................................ 53 3.1.3.2 Thông tin người dùng. ..................................................................... 54 3.1.3.3 Định dạng thông tin VO. ................................................................. 55 3.1.3.4 Thông tin về các quyền người dùng với RP. .................................... 55 3.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO. ..................................................... 56 3.2.1. Người dùng với VOMS. ......................................................................... 57 3.2.1.1 Người dùng lưới với VOMS. ........................................................... 57 3.2.1.2 Người quản trị với VOMS ............................................................... 60 3.2.2. Dịch vụ VOMS. ..................................................................................... 61 3.2.2.1 Dịch vụ sinh thuộc tính AAS. .......................................................... 62 3.2.2.2 Dịch vụ đăng ký & quản trị ARS. .................................................... 63 3.2.3. Phân quyền người dùng trong VOMS. .................................................. 64 3.2.3.1 Danh sách điều khiển truy cập. ........................................................ 64 3.2.3.2 Quyền thực hiện các tác vụ quản lý VO trong VOMS. .................... 65 3.3. DỊCH VỤ TẠO DANH SÁCH TRUY CẬP EDG-MKGRIDMAP. ............. 69 CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM ........................................................ 70 4.1. HỆ THỐNG QUẢN LÝ NGƯỜI DÙNG LƯỚI TÍNH TOÁN ..................... 70 4.1.1. Giới thiệu hệ thống GOODAS. .............................................................. 71 4.1.2. Mô hình bảo mật cho GOODAS. ........................................................... 73 4.2. THÀNH PHẦN QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO ................................................. 74 4.2.1. Sử dụng VOMS. .................................................................................... 74 4.2.1.1 Người dùng lưới và VOMS. ............................................................ 75 4.2.1.2 Người quản trị và VOMS. ............................................................... 78 4.2.2 Sử dụng EDG-MKGRIDMAP. .......................................................... 86 4.3. THÀNH PHẦN QUẢN LÝ GIẤY UỶ NHIỆM ........................................... 86 4.3.1. Cổng điện tử lưới. ................................................................................. 86 4.3.1. Mô hình uỷ quyền truy nhập trên cổng điện tử lưới. .............................. 88 4.3.3. Dịch vụ quản lý giấy uỷ nhiệm. ............................................................. 89 4.4 MỘT SỐ HANB CHÊC CỦA VOMS. ............................................................... 92 4 4.4.1 Hạn chế của VOMS. .............................................................................. 92 4.4.2 Hạn chế của EDG-MKGRIDMAP. ........................................................ 93 4.5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VOMS .......................................................... 94 4.5.1 VOMRS kết hợp cùng VOMS. ................................................................ 94 4.5.1.1 Tổng quan về VOMRS. ................................................................... 94 4.5.1.2 Đồng bộ VOMRS và VOMS. .......................................................... 96 4.5.2 GUMS & PRIMA thay thế EDG-MKGRIDMAP. ................................... 97 KẾT LUẬN .......................................................................................................... 99 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................100 PHỤ LỤC: CÀI ĐẶT VOMS VÀ EDG-MKGRIDMAP. .................................101 1. CÀI ĐẶT VOMS. ........................................................................................101 1.1. Chuẩn bị hệ thống ..................................................................................101 1.2. Cài đặt VOMS ........................................................................................102 2. CÀI ĐẶT EDG-MKGRIDMAP. ..................................................................104 2.1. Chuẩn bị hệ thống ..................................................................................104 2.2. Cài đặt EDG-MKGRIDMAP ..................................................................104 3. CẤU HÌNH HỆ THỐNG ..................................................................................105 3.1. Cấu hình VOMS......................................................................................105 3.2. Cấu hình VO. ..........................................................................................107 3.3. Cấu hình EDG-MKGRIDMAP. ...............................................................111 5 DANH MỤC THUẬT NGỮ Từ viết tắt AAS Nghĩa tiếng Anh Attribute Authority Service Chú giải Dịch vụ phân quyên thuộc tính AC Attribute Certificate Chứng nhận thuộc tính ACL Access Control Lists Danh sách điều khiển quyền truy cập ARS Dịch vụ đăng ký và quản trị CA Administration and Registration Service Certificate Authority CAS Community Authorization DN Distinguished Name EDGEDG Make Gridmap MKGRIDMAP FTP GOODAS GRAM GRIM GSI GSS-API GT GUMS LMJFS MJS File Transfer Protocol Grid Oriented Online Document Analysing System Globus Resource Allocation Management Grid Resource Identity Mapper Grid Security infrastructure Generic Security Service Application Program Interface Globus Toolkit Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số Dịch vụ thẩm quyền cộng đồng Tên phân biệt người dùng trong lưới Công cụ tự động ánh xạ người dụng cục bộ và người dùng thuộc VO. Giao thức truyền file qua mạng TCP Hệ thống lưới tìm kiếm và so khớp tài liệu điện tử Quản lý định vị tài nguyên lưới Ánh xạ thực thể tài nguyên lưới Hạ tầng an toàn thông tin lưới Giao diện lập trình ứng dụng dịch vụ bảo mật chung Bộ công cụ được phát triển bởi Globus Alliance, dùng để phát triển các ứng dụng lưới Grid User Management Hệ thống quản lý người dùng lưới System Local Managed Job Factory Dịch vụ sinh MJS địa phương Services Managed Job Service Dịch vụ quản lý công việc 6 MMJFS OGSA PKI Master Managed Job Factory Service Open Grid Service Architecture Public Key Infrastructure PRIMA PRivilige Management and Authorization RP SAML Resource Provider Security Assertion Markup Language Service Oriented SOA Trình chủ sinh MJS Kiến trúc dịch vụ lưới Hạ tầng khóa công khai Dịch vụ quản lý ưu tiên và phân quyền Nhà cung cấp tài nguyên Ngôn ngữ đánh dấu liên kết an toàn Kiến trúc hướng dịch vụ Architecture Protocol Giao thức truy cập đối tượng đơn giản SSL Secure Sockets Layer Giao thức bảo mật lớp sockets TLS Transport Layer Security Giao thức bảo mật tầng giao vận VO VOMRS Virtual Organization Virtual Organization Management Registration Service Virtual Organization Membership Service Web Service Web Service Deployment Tổ chức ảo Dịch vụ quản lý đăng ký tổ chức ảo SOAP Simple Object Acess VOMS WS WSDD Dịch vụ thành viên tổ chức ảo Dịch vụ web Ngôn ngữ đặc tả dịch vụ Web Descriptor WSRF Web Services Resource Framework Framework đưa ra bởi GT4 hỗ trợ kiến trúc lập trình mới LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay tính toán lưới đang nổi lên như một công nghệ nhiều hứa hẹn trong tương lai, với khả năng tập hợp các nguồn tài nguyên nhàn rỗi, nhằm hướng tới các mục tiêu về hiệu năng tính toán và khả năng chia sẻ, truyền thông dữ liệu. Nhiều trung 7 tâm nghiên cứu và các tổ chức trên thế giới đang áp dụng và triển khai công nghệ này vào thực tiễn, mở ra các khả năng mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin cũng như các lĩnh vực khác. Do đặc điểm đa dạng và không đồng nhất của các tổ chức và tài nguyên trong lưới, vấn đề bảo mật trong lưới là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu. Có những vấn đề bảo mật mới chưa từng gặp trong các công nghệ bảo mật hiện tại cho hệ thống tính toán phân tán truyền thống. Các thách thức về an toàn bảo mật được đưa ra như các chính sách bảo mật liên miền cho lưới, các công nghệ điều khiển truy nhập giữa các miền khác nhau. Một vấn đề quan trọng đặt ra trong nghiên cứu an toàn bảo mật trên lưới là việc quản lý bảo mật và danh sách điều khiển truy nhập trong một môi trường động và có tính phân tán cao. Luận văn trình bày một giải pháp hoàn chỉnh cho việc quản lý người dùng lưới, xác thực phân quyền và cho phép người dùng hay tổ chức ảo gia nhập mới. Giải pháp được phát triển trong lưới tìm kiếm và so khớp tài liệu điện tử liên trường GOODAS. Hệ thống lưới được phát triển tại trung tâm tính toán hiệu năng cao (HPCC) thuộc trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Cấu trúc của luận văn bao gồm các mục sau. Chương I: Tổng quan về tính toán lưới Chương II: Nền tảng an toàn thông tin lưới GSI Chương III: Hệ thống quản lý tổ chức ảo Chương IV: Kết quả thử nghiệm Kết luận, Phụ lục & Tài liệu tham khảo được trình bày ở phần cuối của luận văn. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết rằng nội dung của bản báo cáo này chưa được nộp cho bất kỳ một chương trình cấp bằng thạc sĩ nào cũng nhưu bất kỳ một chương trình cấp bằng nào khác. 8 Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Học viên Nguyễn Văn Trung LỜI CẢM ƠN Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến về những ý kiến đóng góp về chuyên môn và sự động viên khích lệ của thầy trong suốt quá trình làm nghiên cứu của tôi. Tôi xin gửi lời cám ơn trân trọng tới GS.TS. Nguyễn Thanh Thủy, Giám đốc Trung tâm Tính toán hiệu năng cao Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Thầy đã tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất và tinh thần cho tôi trong quá trình nghiên cứu tại trung tâm. Tôi cũng xin được gửi tới Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội cùng toàn thể các thầy cô, anh chị và các bạn lời cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ nhiệt tình, vô giá trong quá trình nghiên cứu và học tập tại đây. 9 Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bố, mẹ, vợ con tôi về sự hỗ trợ không thể thiếu của họ. Tình yêu của họ, sự khích lệ, động viên, sự quan tâm, chăm sóc của họ đã giúp tôi vượt qua tất cả khó khăn để theo học chương trình và hoàn thiện bản luận văn cuối khoá này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TÍNH TOÁN LƯỚI 1.1. TÍNH TOÁN LƯỚI. 1.1.1. Khái niệm Tính toán lưới. Ngày nay, với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật và công nghệ, đã xuất hiện những bài toán trong nhiều lĩnh vực đòi hỏi sức mạnh tính toán mà một máy tính riêng lẻ không thể đảm trách. Tính toán lưới ra đời nhằm tạo khả năng chia sẻ tài nguyên trên phạm vi toàn cầu, khả năng tận dụng các phần mềm cũng như tài nguyên vật lý phân tán cả về mặt địa lý. Hình 1-1: Tính toán lưới - Định nghĩa 1: Lưới tính toán là một cơ sở hạ tầng phần cứng và phần mềm cung cấp khả năng truy nhập nhất quán, tin cậy, qui mô và rẻ tới các tài nguyên tính toán mạnh. 10 I. Foster, C. Kesselman (1999) - Định nghĩa 2: Tính toán lưới liên quan tới việc chia sẻ, điều phối tài nguyên và giải quyết vấn đề trong phạm vi các tổ chức ảo. I. Foster, C. Kesselman, S. Tuecke, “Anatomy of the Grid“(2000) - Định nghĩa 3: Lưới tính toán là một hệ thống có các đặc trưng sau: • Tài nguyên được điều phối một cách phi tập trung • Sử dụng các giao thức chuẩn, mở và đa năng • Cung cấp chất lượng dịch vụ không tầm thường I. Foster‘s Three-Point Checklist (HPCWIRE - 22.07.2002). Mỗi tác giả khi đưa ra định nghĩa đều đứng trên một số quan niệm nhất định. Chẳng hạn định nghĩa 1 bị ảnh hưởng một cách sâu sắc bởi các dự án siêu tính toán (meta-computing) trước đó. Định nghĩa 2 tập trung vào sự quan trọng của các giao thức như là phương tiện để tương tác giữa các thành phần, còn định nghĩa 3 “có thể sẽ thích hợp hơn cho các nghiên cứu về lưới có qui mô rất lớn trong tương lai. Định nghĩa này đã bỏ qua nhiều đóng góp từ các tổ chức công nghiệp, do đó có lẽ là không xác đáng” (W. Gentzsch, HPCWIRE 05.08.2002). Vì vậy, để có được một cái nhìn toàn diện về lưới, ta không đưa ra một định nghĩa cụ thể nào. Thay vào đó, chúng ta xem xét khái niệm lưới trên cơ sở các đặc trưng sau: - Kích thước lớn: theo nghĩa số lượng các tài nguyên tiềm tàng và khoảng cách về mặt địa lý giữa chúng. - Phân tán: có độ trễ đáng kể trong truyền dữ liệu và điều này có thể ảnh hưởng lớn đến ứng dụng. - Động: các tài nguyên có thể thay đổi khi ứng dụng đang được thực hiện - Hỗn tạp: kiến trúc và tính chất của các nút lưới có thể là hoàn toàn khác nhau 11 - Vượt qua phạm vi một tổ chức: có nhiều trạm và các chính sách truy nhập có thể khác nhau trên các trạm. Có thể hình dung đơn giản một lưới bao gồm một tập các tài nguyên đa dạng (còn gọi là các nút lưới - có thể là PC, cluster, hệ thống lưu trữ, …) thuộc về nhiều tổ chức nhằm giải quyết một bài toán nào đó. 1.1.2. Lợi ích của Tính toán lưới. 1/. Khai thác các tài nguyên nhàn rỗi Một trong những lợi ích cơ bản của tính toán lưới là khả năng chạy ứng dụng trên một tài nguyên khác. Thống kê cho thấy, đối với các máy tính để bàn, trong một ngày làm việc thì chỉ có khoảng 5% thời gian là bận, còn lại là rỗi [2]. Việc tận dụng khoảng thời gian rỗi này để chạy các ứng dụng khác là một việc làm rất hiệu quả và kinh tế. 2/. Cung cấp khả năng xử lý song song Khả năng chạy ứng dụng song song là tính năng thú vị nhất mà tính toán lưới mang lại. Lúc này, một công việc được chia thành nhiều công việc con, các công việc con này được thực hiện đồng thời trên các tài nguyên khác nhau của lưới. Do đó, thời gian chạy ứng dụng sẽ được rút ngắn nhiều lần. Tuy nhiên, vấn đề là không phải ứng dụng nào cũng có thể triển khai theo cách này được. Cần xem xét các yếu tố như khả năng song song hóa, sự trao đổi giữa các công việc con khi chạy để đánh giá xem một ứng dụng có thực sự hiệu quả khi được triển khai trên lưới hay không. 3/. Giúp hợp tác giữa các tổ chức Sự hợp tác được thể hiện thông qua khái niệm tổ chức ảo - sự kết hợp nhiều tổ chức thực cùng mục tiêu. Thông qua mô hình tổ chức ảo, các tổ chức thực có thể chia sẻ tài nguyên như dữ liệu, các thiết bị đặc biệt. 4/. Giúp truy nhập các tài nguyên khác: Ngoài tài nguyên tính toán và lưu trữ, lưới còn cung cấp các loại tài nguyên khác, chẳng hạn đường truyền mạng, các phần mềm đắt tiền. Ví dụ như nếu một người dùng 12 muốn tăng thông lượng kết nối tới Internet để thực hiện khai phá dữ liệu, anh ta có thể tận dụng các kết nối Internet riêng biệt của các nút lưới khác để chạy bài toán trên. 5/. Giúp cân bằng trong sử dụng tài nguyên Lưới cung cấp khả năng lập lịch, giúp phân bổ các công việc lên các nút một cách hợp lý, tránh tình trạng bị quá tải ở bất kì một nút nào. Hình 1-2: Công việc được chuyển sang các nút ít bận hơn 6/. Mang lại độ tin cậy Khái niệm tin cậy trong tính toán lưới được thể hiện ở các khía cạnh sau: một là, trong lưới có những tài nguyên tính toán đắt tiền, cung cấp độ tin cậy cao cho những bài toán được thực hiện trên chúng. Hai là, lưới cung cấp khả năng lập lịch lại, phân bổ lại công việc nếu có lỗi xảy ra. Ba là, nếu cần, một công việc có thể được chạy đồng thời trên nhiều nút, cho nên việc xảy ra lỗi ở một nút sẽ không làm ảnh hưởng đến kết quả của công việc đó. 1.1.3. Vấn đề cơ bản của một hệ thống lưới. 13 Có 4 vấn đề cơ bản được quan tâm trong tính toán lưới [3], đó là: 1/. An toàn và bảo mật (Security) Một nền tảng an toàn và bảo mật vững chắc sẽ quyết định sự phát triển của môi trường tính toán lưới. Với tính chất quy mô lớn, quan hệ chia sẻ tài nguyên giữa nhiều tổ chức, an toàn và bảo mật luôn phải được coi là một trong những yếu tố hàng đầu trong lưới. Hai vấn đề quan trọng trong an toàn bảo mật phải xem xét trong tính toán lưới là: - Chứng thực người dùng (Authentication) Xác thực thẩm quyền (Authorization). 2/. Lập lịch và quản lý tài nguyên (Resource Management and Scheduling) Các tài nguyên lưới thường phân tán và không đồng nhất. Do đó, việc tích hợp, đồng bộ hóa và biểu diễn chúng dưới một dạng thống nhất là yêu cầu tất yếu. Trong môi trường tính toán lưới, tại một thời điểm có thể có rất nhiều ứng dụng cùng truy cập chia sẻ một hoặc nhiều tài nguyên khác nhau, do vậy cần có bộ lập lịch nhằm tối ưu hóa các công việc. Bộ lập lịch phải dựa vào các thông tin trên toàn bộ lưới để quyết định thứ tự đệ trình công việc. 3/. Dịch vụ thông tin (Information Service) Đối với một môi trường động và không đồng nhất như tính toán lưới thì các thông tin về các thành phần trong lưới sẽ thay đổi liên tục. Chính vì vậy, dịch vụ thông tin cần cung cấp cơ chế tự động cập nhật và đăng ký các thông tin về toàn hệ thống như kiến trúc các tài nguyên, các dịch vụ có thể cung cấp trên lưới, trạng thái của toàn bộ môi trường lưới. 4/. Quản lý dữ liệu (Data Management) Việc truy cập các nguồn dữ liệu trên lưới đòi hỏi một khả năng trao đổi, tương tác với các dữ liệu có thể lên đến giga bytes hoặc hơn thế nữa. Điều này đòi hỏi tính toán lưới phải có các chiến lược lưu trữ cũng như tối ưu hóa các hệ thống lưu trữ. 1.1.4. Kiến trúc của một lưới Theo [4], một lưới bao gồm các thành phần sau: 1/. Tầng nền (Fabric) 14 Bao gồm các tài nguyên phân tán, các tài nguyên này có thể có kiến trúc và tính chất rất khác nhau. 2/. Tầng trung gian lưới (Core Middleware) Cung cấp các dịch vụ cơ bản của lưới như quản lý truy nhập từ xa, định vị tài nguyên, đăng ký và khám phá tài nguyên, bảo mật. 3/. Tầng trung gian phía người dùng (User level middleware) Bao gồm môi trường phát triển ứng dụng, các công cụ lập trình và các bộ môi giới tài nguyên nhằm lựa chọn các tài nguyên phù hợp và thực hiện công việc trên các tài nguyên đó. 4/. Các ứng dụng lưới và cổng giao tiếp Tầng trên cùng là các ứng dụng lưới được phát triển bởi các công cụ hỗ trợ. Cổng điện tử lưới cung cấp giao diện Web cho các ứng dụng lưới, giúp người dùng có thể đệ trình công việc và tập hợp kết quả thông qua Web. 1.2. VẤN ĐỀ AN TOÀN THÔNG TIN TRONG TÍNH TOÁN LƯỚI Do đặc điểm hỗn tạp và không đồng nhất của các tổ chức và tài nguyên trong lưới, vấn đề an toàn thông tin trong lưới là một trong những vấn đề được quan tâm hàng đầu. Có những vấn đề an toàn thông tin mới chưa từng gặp trong các công nghệ an toàn thông tin hiện tại cho hệ thống tính toán phân tán truyền thống. Ví dụ, các tính toán song song đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán, dẫn tới nhu cầu phải thiết lập các mối quan hệ an toàn thông tin, không đơn giản chỉ là với client và server, mà giữa hàng trăm tiến trình thực hiện trong không gian tập hợp nhiều miền quản trị. Ngoài ra, cần phải có các chính sách an toàn thông tin liên miền cho lưới, các công nghệ điều khiển truy nhập giữa các miền khác nhau cũng phải được hỗ trợ. Các ứng dụng và hệ thống lưới có thể đòi hỏi bất cứ chức năng nào trong các chức năng cơ bản của an toàn thông tin như là: chứng thực, điều khiển truy nhập, và toàn vẹn. Khi phát triển kiến trúc lưới, cũng cần phải lựa chọn giải pháp để đáp ứng được đòi hỏi của các đặc tính rất riêng của lưới: 15 - Đăng nhập một lần: Khi bắt đầu một tính toán đòi hỏi sử dụng tài nguyên, cho thuê tài nguyên hay truyền thông nội bộ, người dùng có thể được chứng thực, và sẽ không phải chứng thực trong các tính toán tiếp theo. - Giấy ủy nhiệm người dùng: Các mật khẩu, khóa bí mật phải được bảo vệ bằng các chính sách như mã hóa, hệ thống file bảo mật, phân quyền, - Tích hợp các giải pháp an toàn thông tin địa phương: Các giải pháp liên miền phải tích hợp với các giải pháp an toàn thông tin địa phương để đảm bảo độc lập của các thành viên lưới. - Hạ tầng giấy ủy nhiệm, chứng chỉ số thống nhất: Truy nhập liên miền đòi hỏi phải có một quy ước thống nhất để biểu diễn định danh của các thực thể lưới như là người dùng, tài nguyên,... Vì thế, cần có một chuẩn để mã hóa các chứng chỉ số cho mục đích an toàn thông tin. Hiện tại, X509 là chuẩn cho các chứng chỉ số phổ biến trong môi trường lưới. - Hỗ trợ an toàn nhóm truyền thông: Một tính toán có thể đòi hỏi một số các tiến trình, cùng cộng tác các hoạt động của chúng với nhau như là một nhóm. Tổ hợp các nhóm tiến trình sẽ thay đổi trong vòng đời của một tính toán. Vì thế, cần cung cấp an toàn truyền thông nhóm động. Không có giải pháp nào hiện tại hỗ trợ tính năng này, thậm chí là thư viện lập trình GSS-API còn không cung cấp an toàn truyền thông nhóm. - Độc lập công nghệ: Các chính sách không phục vụ cho một công nghệ phát triển ứng dụng cụ thể nào. Hơn nữa, có thể cài đặt các chính sách trong một phạm vi các công nghệ an toàn thông tin, dựa trên cả kĩ thuật mã hóa công khai và phân phối khóa công khai. 1.2.1. Các thách thức an toàn trong Tính toán lưới. 16 Các yêu cầu an toàn lưới ở trên được định hướng để cung cấp các tổ chức ảo phân tán, rộng lớn để chia sẻ và sử dụng các nguồn tài nguyên đa dạng trong một mô hình thống nhất. Tuy nhiên, các tài nguyên cũng như các thành phần khác tham gia lưới lại bị quản lý bởi các nội quy và các chính sách của một tổ chức truyền thống mà chúng là thành viên. Do vậy, để các tổ chức ảo truy nhập vào các tài nguyên trong các tổ chức truyền thống, chúng phải được thiết lập và cộng tác qua mối quan hệ tin tưởng hai bên, tồn tại giữa người dùng với các tổ chức truyền thống của họ và mối quan hệ giữa người dùng với các tổ chức ảo. Chúng ta không thể thiết lập quan hệ tin tưởng trực tiếp giữa các tổ chức truyền thống với tổ chức ảo hay các thành viên mở rộng của nó. Cơ chế an toàn lưới giải quyết các trở ngại này bằng cách cho phép có một tổ chức ảo thống nhất chung một phần chính sách của các tổ chức truyền thống (policy domain overlay). Hình 1-3: Miền tin tưởng chung của tổ chức ảo. Các tài nguyên và các tổ chức đưa ra các điều khiển chính sách mở rộng (outsource policy) cho một bên thứ ba, các tổ chức ảo (VOs), phối hợp các chính sách 17 mở rộng trong một miền tin tưởng ổn định lâu dài, để cho phép chia sẻ tài nguyên và sử dụng. Giải pháp tải chồng các chính sách dẫn tới các chức năng chủ yếu sau mà lưới phải thực hiện: - Hỗ trợ nhiều cơ chế an toàn khác nhau: Các miền tài nguyên hay các tổ chức ảo thường đã có sự đầu tư đáng kể trong các cơ chế và cơ sở hạ tầng an toàn thông tin của địa phương họ. Do vậy mà thách thức lớn nhất chính là phải liên kết các công nghệ an toàn thông tin trên các địa phương hơn là thay thế toàn bộ nó, như thế sẽ rất tốn kém và hoàn toàn không có tính kế thừa. - Khởi tạo động các dịch vụ: Người dùng có thể khởi tạo ra các dịch vụ mới mà không cần có sự can thiệp của nhà quản trị, ngoài ra các dịch vụ này còn có thể tương tác với nhau. Như vậy là phải có cơ chế định danh các thực thể lưới, cấp quyền cho các dịch vụ mà không ảnh hưởng tới các cơ chế bảo mật điạ phương. Một ví dụ trong cơ sở hạ tầng GSI, khi một dịch vụ lưới cung cấp cho người dùng, các định danh về người dùng sử dụng dịch vụ, định danh của dịch vụ, định danh của hệ thống mà dịch vụ đăng ký trên đó đều được xác định rõ ràng. - Thiết lập động các miền chứng thực tin tưởng (trust domain): Việc chứng thực không chỉ được thiết lập giữa người dùng và tài nguyên trong một tổ chức ảo mà còn mở rộng giữa các tổ chức ảo với nhau. Như vậy đòi hỏi phải có một mô hình an toàn thông tin hướng người dùng (user-driven security model), cho phép người dùng tạo ra các thực thể và các miền chính sách để liên kết tài nguyên trong các tổ chức ảo. 1.2.2. Các chính sách bảo đảm an ninh cho hệ thống lưới Bảo vệ CSDL tránh khỏi những hiểm hoạ có nghĩa là bảo vệ dữ liệu trong CSDL, tránh khỏi việc truy cập không hợp lệ, một cách vô tình hay cố ý. Mỗi lưới là một tập hợp gồm nhiều tài nguyên hay còn gọi là nút lưới. Một số tài nguyên có thể thuộc quyền sử dụng của tất cả các thành viên lưới, trong khi số khác lại 18 hạn chế quyền truy nhập đối với các thành viên. Một số thuật ngữ sau được xây dựng trong khi nghiên cứu các vấn đề về bảo đảm an toàn cho hệ thống Tính toán lưới + Chủ thể là một thành viên của các hoạt động an toàn thông tin. Đối với môi trường lưới, chủ thể thường là người dùng, tài nguyên hay các tiến trình thay mặt cho các tài nguyên đó + Giấy ủy nhiệm là thông tin cung cấp định danh cho chủ thể để xác định tên và vai trò của chủ thể đó. Giấy ủy nhiệm được ký bởi nhà thẩm quyền và có thời gian tồn tại nhất định. Sau khoảng thời gian đó thì giấy ủy nhiệm không còn hiệu lực + Chứng thực là tiến trình để chủ thể chứng minh định danh của mình cho đối tượng được yêu cầu. Chứng thực hai bên (bên yêu cầu và bên được yêu cầu) là quá trình hai bên chứng thực lẫn nhau, còn gọi là chứng thực đa phương. + Thẩm quyền là tiến trình mà thông qua đó, ta xác định được một chủ thể có được phép truy nhập và sử dụng tài nguyên hay không + Miền tin tưởng là cấu trúc quản lý mức logic, do một chính sách an toàn thông tin ổn định, đơn lẻ mức địa phương nắm giữ, hay nói cách khác, nó là một tập các chủ thể và đối tượng được quản lý bởi đơn miền quản trị và chính sách cục bộ. Sau đây là các chính sách bảo vệ thông tin giải quyết các yêu cầu thách thức trình bày ở phần trên. 1/. Môi trường lưới an toàn đa miền Do lưới là một tập hợp không đồng nhất của các người dùng và tài nguyên cục bộ, cho nên các chính sách an toàn cục bộ dành cho các tài nguyên và người dùng cũng khác nhau, chính sách lưới phải đảm bảo tích hợp được tất cả các tập hợp không đồng nhất này. Nói chung, môi trường lưới không hạn chế hay không ảnh hưởng tới các chính sách địa phương, nhiệm vụ của chính sách lưới là phải tập trung điều khiển các tương tác liên miền, ánh xạ các hoạt động liên miền vào trong các chính sách địa phương. Ví dụ trong cơ sở hạ tầng GSI, các hoạt động liên miền được thực hiện bởi 19 các chủ thể sở hữu một chứng chỉ số lưới theo chuẩn X509. Trong từng miền cụ thể, các chứng chỉ số này sẽ được ánh xạ tương ứng với một người dùng cục bộ nào đó thông qua một file ánh xạ (grid-mapfile), là một bản ghi chứa tên người dùng cục bộ và định danh của chứng chỉ số đó. 2/. Hoạt động lưới hạn chế trong đơn miền quản trị Mặc dù lưới là một tập đa miền quản trị, tuy nhiên các hoạt động đa miền lại phải tuân theo các chính sách địa phương trên đơn miền quản trị. Nói cách khác, không có hoạt động hay dịch vụ lưới nào được đưa vào các hoạt động địa phương thông qua các chính sách của lưới. 3/. Các chủ thể toàn cục và cục bộ đều tồn tại Tại mỗi đơn miền quản trị đều tồn tại hai chủ thể trên, và chính sách để ánh xạ từ một phần tử toàn cục vào phần tử cục bộ. Để làm ví dụ, mỗi người dùng đều có hai tên, một tên toàn cục để hoạt động trên tất cả các tài nguyên, và một tên cục bộ trên mỗi tài nguyên. Ánh xạ tên toàn cục vào tên cục bộ tạo khả năng đăng nhập một lần (sigle-sign-on) trên môi trường lưới. Trong cơ sở hạ tầng GSI, tên toàn cục chính là tên định danh của giấy ủy nhiệm X509, và tên cục bộ là tên người dùng trong hệ điều hành. 4/. Chứng thực đa phương Hoạt động giữa các thực thể định vị trong các miền tin tưởng khác nhau đòi hỏi chứng thực đa phương, bảo đảm cho sự an toàn và bí mật của các hoạt động. Ví dụ trong dịch vụ truyền file GridFTP, cả client và server đều phải chứng minh định danh của mình trong lưới, client đòi hỏi server có định danh như mình mong muốn không, còn server sẽ kiểm tra danh sách các định danh client, xem client có quyền đăng nhập vào server để sử dụng dịch vụ truyền file không. 5/. Ánh xạ Mỗi đối tượng toàn cục được ánh xạ vào đối tượng cục bộ được coi như chúng đã qua chứng thực địa phương trên đối tượng cục bộ đó. 6/. Điều khiển truy nhập 20
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan