Bảo mật trong môi trường lưới với tiếp cận hướng tác từ

Bảo mật trong môi trường lưới với tiếp cận hướng tác từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BẢO MẬT TRONG MÔI TRƯỜNG LƯỚI VỚI TIẾP CẬN HƯỚNG TÁC TỬ LÊ HUY CƯỜNG HÀ NỘI 2006 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC BẢO MẬT TRONG MÔI TRƯỜNG LƯỚI VỚI TIẾP CẬN HƯỚNG TÁC TỬ NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN MÃ SỐ: LÊ HUY CƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN THANH THỦY HÀ NỘI 2006 MỤC LỤC MỤC LỤC . 1 LỜI NÓI ĐẦU 3 LỜI CẢM ƠN . 4 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT .5 DANH MỤC HÌNH VẼ 6 Chương 1. Tổng quan tính toán lưới, bảo mật trên môi trường lưới 8 1.1. Tính toán lưới . 8 1.1.1. Giới thiệu về tính toán lưới .8 1.1.2. Lợi ích của tính toán lưới 10 1.1.3. Các vấn đề cơ bản của một lưới 12 1.1.4. Kiến trúc lưới 14 1.2. Các khái niệm cơ bản về bảo mật 15 1.2.1. Một số thuật ngữ cơ bản 15 1.2.2. Mã hóa thông tin sử dụng khóa .16 1.2.3. Mã hóa đối xứng . 17 1.2.4. Mã hóa công khai 18 1.2.5. Chữ ký điện tử .19 1.2.6. Giấy chứng nhận điện tử và Nhà chứng nhận thẩm quyền . 21 1.3. Cơ chế bảo mật trong môi trường lưới .25 1.4. Các chính sách bảo mật trong môi trường lưới 28 1.5. Giới thiệu về hạ tầng bảo mật lưới GSI .30 1.5.1. Cơ sở hạ tầng khóa công khai . 30 1.5.2. Bảo mật mức thông điệp và mức giao vận 31 1.5.3. So sánh hiệu năng của bảo mật mức thông điệp với mức giao vận . 32 1.5.4. Giấy ủy nhiệm .34 1.5.5. Sự ủy quyền . 35 1.5.6. Chứng thực 35 1.5.7. Ứng dụng của GSI . 36 Chương 2. An toàn bảo mật trong Globus Toolkit 4 37 2.1. Giới thiệu về GT4 37 2.1.1. GT4, OGSA và WSRF 37 2.1.2. Giới thiệu chung về dịch vụ web 40 2.1.3. WSRF - nền tảng tài nguyên dịch vụ web 48 2.1.4. Kiến trúc Globus Toolkit 4 . 53 2.2. Các thành phần bảo mật trong GT4 . 55 2.3. Ví dụ minh họa: cài đặt bảo mật trong GRAM 57 Chương 3. Ứng dụng công nghệ tác tử trong tính toán lưới . 61 23.1. Tác tử 61 3.1.1. Khái niệm tác tử 61 3.1.2. Hệ đa tác tử . 66 3.1.3. Truyền thông giữa các tác tử .73 3.2. Tiềm năng ứng dụng công nghệ tác tử trong lưới 76 3.3. Các hướng tiếp cận tích hợp công nghệ tác tử trong lưới 77 3.4. Hướng triển khai công nghệ tác tử trong hệ thống BKGrid2006 79 3.4.1. Kiến trúc hệ thống BKGrid2006 . 79 3.4.2. Xây dựng các tác tử giúp đơn giản hóa việc thương lượng sử dụng dịch vụ . 81 Chương 4. Xây dựng môđun bảo mật trong BKGrid 2006 84 4.1. Yêu cầu cần thiết xây dựng môđun quản trị người dùng . 84 4.2. Kiến trúc môđun quản trị người dùng 86 4.3. Thiết kế chi tiết . 89 4.3.1. Nhà chứng nhận thẩm quyền 89 4.3.2. Thành phần Quản lý giấy ủy nhiệm 91 4.3.3. Thành phần Quản lý ánh xạ người dùng .91 4.3.4. Tích hợp với các chức năng quản lý người dùng cơ bản 92 4.3.5. Đảm bảo an toàn cho môđun quản trị người dùng 93 4.4. Tích hợp vào hệ thống BKGrid 2006 . 94 4.5. Hướng dẫn sử dụng 95 4.6. Triển khai thử nghiệm 97 4.6.1. Cấu hình triển khai 97 4.6.2. Kết quả triển khai 99 Chương 5. Kết luận .102 5.1. Kết quả đạt được 102 5.2. Hướng phát triển 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO .104 3LỜI NÓI ĐẦU Công nghệ tính toán lưới đã và đang được nghiên cứu, phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới. Tuy nhiên, hiện tại ở Việt Nam công nghệ này vẫn còn khá mới mẻ. Để bắt kịp với xu thế chung của thế giới, Trung tâm Tính toán hiệu năng cao, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã triển khai đề tài Tính toán lưới nhằm mục đích tìm hiểu làm chủ công nghệ và ứng dụng vào thực tiễn. Lưới tính toán là một tập bao gồm nhiều tài nguyên phân tán và không đồng nhất, các tài nguyên này thuộc về nhiều tổ chức khác nhau. Do vậy, trong hệ thống lưới, vấn đề an ninh và bảo mật luôn được đặt lên hàng đầu. Để trở thành người dùng của lưới, người dùng phải đáp ứng các yêu cầu phức tạp về bảo mật như: có giấy chứng nhận, được người quản trị cấp phép truy cập, mỗi lần truy cập vào tài nguyên phải tạo giấy ủy nhiệm để tương tác với các tài nguyên. Điều đó làm khó khăn cho người sử dụng, nhất là người sử dụng không có hiểu biết về bảo mật lưới. Nhiệm vụ của luận văn "Bảo mật trong môi trường lưới với tiếp cận hướng tác tử " là nghiên cứu các cơ sở hạ tầng bảo mật lưới và ứng dụng của công nghệ tác tử trong tính toán lưới, áp dụng vào xây dựng môđun quản trị người dùng trong hệ thống lưới BKGrid 2006. Mục đích của môđun quản trị người dùng là làm cho các yêu cầu về bảo mật trở nên trong suốt đối với người dùng. Cấu trúc của luận văn được chia thành 5 chương: ¾ Chương 1: Tổng quan về tính toán lưới, bảo mật trong môi trường lưới ¾ Chương 2: An toàn bảo mật trong Globus Toolkit 4.03 ¾ Chương 3: Ứng dụng công nghệ tác tử trong tính toán lưới ¾ Chương 4: Kiến trúc hệ thống BKGrid 2006 và mô đun bảo mật ¾ Chương 5: Kết quả đạt được và hướng phát triển 4LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, tôi đã nhận được sự hỗ trợ rất quý báu từ các thầy cô giáo, các cán bộ và các thành viên khác của Trung tâm Tính toán hiệu năng cao và của Trung tâm máy tính Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Em xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Thanh Thủy, Giám đốc Trung tâm Tính toán hiệu năng cao, người đã tận tình chỉ bảo, cung cấp cơ sở vật chất và các điều kiện tốt nhất cho em hoàn thành đề tài. Em xin chân thành cảm ơn TS. Lê Đăng Hưng, thầy đã đóng góp những ý kiến quý báu trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Em xin chân thành cảm ơn ThS. Đinh Hùng, thầy đã động viên và tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các bạn sinh viên của cả 2 nhóm GCK46 và HPCK46. Các bạn đã giúp tôi rất nhiều trong việc tìm hiểu và triển khai hệ thống lưới tính toán trên Trung tâm máy tính. Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2006 Học viên thực hiện Lê Huy Cường 5DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT STT Thuật ngữ Giải thích 1 ACL Agent Communication Language 2 AID Agent Identification 3 AMS Agent management System 4 AP Agent Platform 5 DF Directory Facilitator 6 GSI Grid Security Infrastructure 7 GT Globus Toolkit 8 HAP Home Agent Platform 9 KQML Knowledge Query and Manipulation Language 10 MAS MultiAgent System 11 MTS Message Transport Service 12 OGSA Open Grid Services Architecture 13 PKI Public Key Infrastructure 14 SSL/TLS Secure Socket Layer/Transport Layer Security 15 UDDI Universal Description Discovery and Integration 16 WSRF Web Services Resource Framework 6DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Tính toán lưới với tài nguyên phân tán . 8 Hình 1.2. Công việc được chuyển sang các nút ít bận hơn . 12 Hình 1.3. Kiến trúc phân tầng của lưới .15 Hình 1.4. Mã hóa bản tin sử dụng khóa 16 Hình 1.5. Giải mã thông điệp sử dụng khóa giải 17 Hình 1.6. Mã đối xứng 17 Hình 1.7. Giải thuật mã hóa không đối xứng 18 Hình 1.8. Chữ ký điện tử và mã hóa công khai 19 Hình 1.9. Giấy chứng nhận . 21 Hình 1.10. Giấy chứng nhận theo chuẩn X509 . 22 Hình 1.11. Cấu trúc phân cấp Nhà chứng nhận thẩm quyền 24 Hình 1.12. Tổ chức ảo . 26 Hình 1.13. Đưa các miền chính sách phân tán vào trong một miền tin tưởng chung trong tổ chức ảo 27 Hình 1.14. Bảo mật mức giao vận . 32 Hình 1.15. Bảo mật mức thông điệp .32 Hình 2.1. Quan hệ giữa OGSA, GT4, WSRF và các dịch vụ web . 39 Hình 2.2. Các dịch vụ web 40 Hình 2.3. Một triệu gọi dịch vụ web điển hình . 42 Hình 2.4. Kiến trúc dịch vụ web .43 Hình 2.5. Client và server stub được sinh ra từ file WSDL 44 Hình 2.6. Chi tiết một triệu gọi dịch vụ web điển hình 45 Hình 2.7. Kiến trúc phía server của một ứng dụng dịch vụ web 47 Hình 2.8. Một triệu gọi dịch vụ web phi trạng thái .49 Hình 2.9. Một triệu gọi dịch vụ web có trạng thái 49 Hình 2.10. Cách tiếp cận tài nguyên cho vấn đề trạng thái của dịch vụ web . 50 Hình 2.11. Một dịch vụ web với nhiều tài nguyên, mỗi tài nguyên biểu diễn một file 51 Hình 2.12. Dịch vụ web – tài nguyên . 52 Hình 2.13. Kiến trúc Globus Toolkit 4 . 54 Hình 2.14. Ví dụ về việc sử dụng một dịch vụ bởi một dịch vụ khác 56 Hình 2.15. Cơ chế thực hiện của GRAM 58 Hình 3.1. Sự phụ thuộc các hành động giữa các tác tử .72 Hình 3.2. Truyền thông giữa các tác tử . 73 Hình 3.3. Kiến trúc BKGrid 2006 .79 Hình 3.4. Tác tử hỗ trợ thương lượng sử dụng dịch vụ lưới . 83 Hình 4.1. Minh hoạ về giấy chứng nhận, giấy uỷ nhiệm 84 7Hình 4.2. Kiến trúc môđun quản trị người dùng . 87 Hình 4.3. Kiến trúc Nhà chứng nhận thẩm quyền 89 Hình 4.4. Sơ đồ lớp Nhà chứng nhận thẩm quyền 90 Hình 4.5. Sơ đồ lớp thành phần Quản lý giấy ủy nhiệm . 91 Hình 4.6. Sơ đồ lớp MapService . 92 Hình 4.7. Lưu đồ tạo người dùng 93 Hình 4.8. Tương tác giữa môđun đệ trình công việc với môđun quản trị người dùng . 95 Hình 4.9. Sơ đồ triển khai thử nghiệm 97 Hình 4.10. Xem thông tin về giấy ủy nhiệm . 99 Hình 4.11. Tạo mới giấy ủy nhiệm .100 Hình 4.12. Dịch vụ MathService 101 8Chương 1. Tổng quan tính toán lưới, bảo mật trên môi trường lưới 1.1. Tính toán lưới 1.1.1. Giới thiệu về 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 làm được. Ngoài ra, nhìn chung mọi người đều muốn có được 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. Tính toán lưới ra đời nhằm giải quyết các yêu cầu trên. Hình 1.1. Tính toán lưới với tài nguyên phân tán Tính toán lưới tuy không còn là một khái niệm quá mới mẻ (được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1998 bởi I. Forster và C. Kesselman [3]), nhưng hiện tại vẫn phát triển rất mạnh mẽ và còn rất nhiều vấn đề cần giải quyết. Một trong [...]... đến tính toán lưới [5], đó là: 13 - An toàn và bảo mật (Security): Một nền tảng 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: o Chứng... mở rộng giữa các tổ chức ảo với nhau Như vậy đòi hỏi phải có một mô hình bảo mật hướng người dùng, cho phép người dùng tạo ra các thực thể và các miền chính sách để liên kết tài nguyên trong các tổ chức ảo 1.4 Các chính sách bảo mật trong môi trường lưới Sau đây là các chính sách bảo mật giải quyết các yêu cầu trình bày ở phần trên 1 Môi trường lưới bảo mật đa miền: Do lưới là một tập hợp không đồng... chung một tập các giấy chứng nhận 1.5 Giới thiệu về hạ tầng bảo mật lưới GSI An toàn bảo mật là một trong những nền tảng quan trọng nhất trong hệ thống lưới Hạ tầng bảo mật lưới GSI được đưa ra để giải quyết những vấn đề bảo mật còn tồn tại trong tính toán lưới, mà nền tảng chính là những kiến thức cơ sở về mã mật và bảo mật mà nêu ra ở phần trên Trong phần này đưa ra một số đặc điểm của GSI và các cài... là bí mật Nếu chúng ta sử dụng bảo mật mức giao vận, như trên hình 1.14 (bảo mật mức giao vận), toàn bộ truyền thông được mã hóa Nếu sử dụng bảo mật mức thông điệp, như trên hình 1.15 (bảo mật mức thông điệp), khi đó chỉ có nội dung của thông điệp SOAP được mã hóa 32 Hình 1.14 Bảo mật mức giao vận Hình 1.15 Bảo mật mức thông điệp Cả hai mức bảo mật giao vận và thông điệp trong GSI đều dựa trên mật mã... hóa trong quá trình truyền thông 1.5.3 So sánh hiệu năng của bảo mật mức thông điệp với mức giao vận Bảo mật mức giao vận đã phát triển trong một thời gian dài Thực tế, rất có thể chúng ta đã sử dụng mức bảo mật này khi duyệt web, các website an toàn thường trả lời trên bảo mật mức giao vận Bảo mật mức thông điệp trong dịch vụ web tương đối mới, và mặc dù nó cung cấp nhiều đặc tính hơn so với bảo mật. .. chính sách bảo mật cục bộ dành cho các tài nguyên và người dùng cũng khác nhau, chính sách bảo mật 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 bảo mật địa phương, nhiệm vụ của chính sách bảo mật lưới là phải tập trung điều khiển các tương tác liên miền, ánh xạ các hoạt động liên miền vào trong các... giao vận Có 1.5.4 Giấy ủy nhiệm Trong môi trường lưới, người sử dụng cần được chứng thực nhiều lần trong khoảng thời gian tương đối ngắn, ví dụ với nhiều tài nguyên lưới cùng cộng tác với nhau Đòi hỏi người sử dụng phải gõ mật khẩu nhiều lần trong chứng thực đa phương là một điều không thuận tiện, đồng thời nó cũng bất lợi cho vấn đề bảo mật, bởi mỗi lần đó, khóa bí mật sẽ được giải mã, rất dễ bị kẻ... gốc tương ứng phải nằm trong danh sách Nhà chứng nhận thẩm quyền được tin tưởng 1.3 Cơ chế bảo mật trong môi trường lưới Khái niệm tổ chức ảo là một khái niệm rất quan trọng trong tính toán lưới Tổ chức ảo là một tổ chức được lập ra động để giải quyết một vấn đề nào đó Thành phần của tổ chức ảo bao gồm rất nhiều tài nguyên thuộc về nhiều tổ chức thực khác nhau trong môi trường lưới và cùng hoạt động... trên cùng là các ứng dụng lưới được phát triển bởi các công cụ hỗ trợ Grid Portal 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 15 Hình 1.3 Kiến trúc phân tầng của lưới 1.2 Các khái niệm cơ bản về bảo mật 1.2.1 Một số thuật ngữ cơ bản Chủ thể: là một thành viên của các hoạt động bảo mật Đối với môi trường lưới, chủ thể thường là... phối hợp các chính sách 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 bảo mật lưới phải thực hiện: - Hỗ trợ nhiều cơ chế bảo mật khác nhau: Các miền tài nguyên hay các tổ chức ảo thường đã có sự đầu tư đáng kể trong các cơ chế bảo mật và cơ sở hạ tầng bảo mật của địa phương họ Do vậy khó . " ;Bảo mật trong môi trường lưới với tiếp cận hướng tác tử " là nghiên cứu các cơ sở hạ tầng bảo mật lưới và ứng dụng của công nghệ tác tử trong. 1.3. Cơ chế bảo mật trong môi trường lưới. ................................................25 1.4. Các chính sách bảo mật trong môi trường lưới. ...................................