網(wǎng)格安全保障關(guān)鍵技術(shù)的研究

孟光勝　賀學(xué)劍

摘要：本文根據(jù)網(wǎng)格計(jì)算的特點(diǎn)，在現(xiàn)有的網(wǎng)格安全認(rèn)證模型的基礎(chǔ)上，提出了一種基于X.509和Kerberos雙協(xié)議混合認(rèn)證模型，該模型能有效的克服現(xiàn)有模型的不足。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)格；網(wǎng)格安全；網(wǎng)格認(rèn)證；數(shù)字證書；模型

中圖分類號(hào)：G202文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-2589(2009)06-0060-02

一、網(wǎng)格安全的概念及目標(biāo)

(1)保密性：通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，使得只有擁有密鑰的合法用戶才能訪問(wèn)，而未經(jīng)授權(quán)者不能訪問(wèn)數(shù)據(jù)。這樣，即使未授權(quán)者拿到數(shù)據(jù)的加密文件，也不可能看到其明文。(2)完整性：保證信息在傳輸或者存儲(chǔ)過(guò)程中沒有被篡改、破壞或丟失。(3)身份鑒別：驗(yàn)證通信對(duì)象或資源訪問(wèn)者邏輯上的身份證明是否與其真實(shí)身份相符合，從而防止合法用戶被冒名頂替。(4)授權(quán)：當(dāng)驗(yàn)證完用戶的身份屬實(shí)后，根據(jù)其身份賦予相應(yīng)的權(quán)限，使得用戶可以在不超出權(quán)限的情況下訪問(wèn)資源或執(zhí)行操作。(5)反否認(rèn)：保證信息的發(fā)布者就是其本人，而不是其他人通過(guò)假冒其身份發(fā)布虛假信息，另一方面也保證信息發(fā)布者不能抵賴，信息的真正發(fā)布者只能是信息發(fā)布者本人而不可能是其他人。(6)可用性：保證系統(tǒng)或資源不會(huì)因?yàn)樵馐芊欠ü?比如病毒等)而造成系統(tǒng)癱瘓或資源的無(wú)法使用。

二、網(wǎng)格認(rèn)證概述和數(shù)字證書

(1)鑒別或驗(yàn)證一個(gè)用戶的身份。(2)偷聽：如何阻止別人在通信線路上對(duì)信息進(jìn)行偷聽?(3)口令管理；如果我們正在訪問(wèn)多個(gè)系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)是否都保留了用戶ID和口令的副本呢?每個(gè)存儲(chǔ)認(rèn)證信息的數(shù)據(jù)庫(kù)都是系統(tǒng)安全漏洞的目標(biāo)。而且，每當(dāng)我們需要進(jìn)行操作的時(shí)候，是否都需要提供口令呢?(4)重放：有人可以當(dāng)認(rèn)證信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)臅r(shí)候?qū)λM(jìn)行復(fù)制，即使這些信息經(jīng)過(guò)了加密，然后在以后進(jìn)行重放，從而獲得不正當(dāng)?shù)脑L問(wèn)。(5)信任：認(rèn)證是否應(yīng)該是單方面的呢?或者用戶是否也應(yīng)該檢驗(yàn)和相信使用的服務(wù)是合法的?集中系統(tǒng)信任它自己；分布式系統(tǒng)必須尋找一個(gè)方法來(lái)信任其他系統(tǒng)。

網(wǎng)格認(rèn)證需要有一個(gè)認(rèn)證中心CA，也即是認(rèn)證機(jī)構(gòu)，是一個(gè)負(fù)責(zé)發(fā)放和管理數(shù)字證書的權(quán)威機(jī)構(gòu)。它為各個(gè)實(shí)體頒發(fā)電子證書，即對(duì)實(shí)體的身份信息和相應(yīng)公鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，用以捆綁該實(shí)體的公鑰和身份，以證明各實(shí)體在其功能上身份的真實(shí)性，并負(fù)責(zé)檢驗(yàn)和管理證書。CA系統(tǒng)能為信息安全提供有效的、可靠的保護(hù)機(jī)制，提供網(wǎng)上身份認(rèn)證服務(wù)，提供信息保密性、數(shù)據(jù)完整性以及收發(fā)雙方的不可否認(rèn)性服務(wù)。

數(shù)字證書身份認(rèn)證是基于國(guó)際PKI標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)上身份認(rèn)證系統(tǒng)，數(shù)字證書相當(dāng)于網(wǎng)上的身份證，它以數(shù)字簽名的方式通過(guò)第三方權(quán)威認(rèn)證CA有效地進(jìn)行網(wǎng)上身份認(rèn)證。幫助各個(gè)實(shí)體識(shí)別對(duì)方身份和表明自身的身份，具有真實(shí)性和防抵賴功能。與物理身份證不同的是，數(shù)字證書還具有安全、保密、防篡改的特性，可對(duì)企業(yè)網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行有效保護(hù)和安全的傳遞。數(shù)字證書的格式一般采用X.509國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，它是目前應(yīng)用范圍最廣泛的一種證書，X.509證書實(shí)現(xiàn)了身份的鑒別和識(shí)別(認(rèn)證)、完整性、保密性以及不可否認(rèn)性等安全服務(wù)。Kerberos是MIT為分布式網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的可信第三方認(rèn)證協(xié)議，起著可信仲裁者的作用。Kerberos在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中具有比較強(qiáng)的安全性，能防止攻擊和竊聽，能提供高可靠性和高效的服務(wù)，具有透明性(用戶除了發(fā)送Password外，不會(huì)覺察出認(rèn)證過(guò)程)，可擴(kuò)充性好。它與授權(quán)機(jī)制相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)了一次性簽放的機(jī)制，并且簽放的票據(jù)都有一個(gè)有效期，支持雙向的身份認(rèn)證，即服務(wù)器可以通過(guò)身份認(rèn)證確認(rèn)客戶方的身份，而客戶如果需要也可以反向認(rèn)證服務(wù)方的身份，支持分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的認(rèn)證機(jī)制，通過(guò)交換“跨域密鑰”來(lái)實(shí)現(xiàn)。

三、網(wǎng)格認(rèn)證模型的建立與研究

目前認(rèn)證系統(tǒng)模型主要有三種：集中式層次認(rèn)證模型，多CA結(jié)構(gòu)的模型和混合交叉認(rèn)證模型。由于網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境因其自身的特點(diǎn)，導(dǎo)致大量動(dòng)態(tài)用戶的產(chǎn)生。如果使用集中式CA模型或多CA結(jié)構(gòu)的模型，證書的管理會(huì)比較復(fù)雜。即便是采用集中式模型的統(tǒng)一管理結(jié)構(gòu)，其證書數(shù)據(jù)量和更新量都是非常龐大的。而采用交叉認(rèn)證模型，在路徑選擇上將會(huì)遇到很大的問(wèn)題，如果數(shù)量眾多的動(dòng)態(tài)用戶在每次接人時(shí)都進(jìn)行一次路徑匹配，其效率之低將是無(wú)法忍受的。據(jù)此，本文提出了一種雙協(xié)議(X.509和Kerberos)混合認(rèn)證模型。

在此模型中，終端用戶證書的頒發(fā)和管理類似于集中式模型，有一個(gè)獨(dú)立的認(rèn)證中心進(jìn)行頒發(fā)，并最終上溯到一個(gè)根認(rèn)證中心，用戶所信任的也就是這個(gè)根認(rèn)證中心，這里稱其為二級(jí)信任域。網(wǎng)格環(huán)境中數(shù)量眾多的二級(jí)信任域按照不同的證書策略進(jìn)行歸類，組成不同的策略域組合，根據(jù)網(wǎng)格應(yīng)用的特點(diǎn)，當(dāng)有新的動(dòng)態(tài)用戶加入時(shí)，根據(jù)其申請(qǐng)證書而獲得的權(quán)限等級(jí)將其劃分到不同的策略域中。由策略服務(wù)器和頂級(jí)的一級(jí)信任域連接。一級(jí)信任域不參與終端用戶和中間層CA的證書頒發(fā)和管理工作，而只負(fù)責(zé)對(duì)二級(jí)信任域進(jìn)行管理。由于此模型中CA鏈?zhǔn)枪潭ǖ?，系統(tǒng)可以在策略域中將用戶匹配到一個(gè)CA中作為其下層終端并進(jìn)行管理。這樣既避免了交叉認(rèn)證中復(fù)雜的路徑選擇，又具備了集中式認(rèn)證的高可信度、終端用戶對(duì)資料保有量低等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于一級(jí)管理域，因?yàn)橹恍枰芾矶?jí)管理域(即不同策略的CA)，所以可以采用Kerberos票據(jù)模式進(jìn)行管理。這樣可以使網(wǎng)格環(huán)境中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等連接變得安全，從而能更好地保護(hù)網(wǎng)格用戶以及應(yīng)用程序免遭惡意或拙劣代碼的侵害。

(一)混合認(rèn)證模型二級(jí)信任域框架與功能設(shè)計(jì)

二級(jí)信任域模型框架包括web服務(wù)器、CA數(shù)據(jù)庫(kù)以及CA服務(wù)器。此外，為了給策略域中證書的使用提供更方便的服務(wù)，專門設(shè)計(jì)了一個(gè)在線證書服務(wù)器系統(tǒng)(Online Certifi-care Server，簡(jiǎn)稱OCS)。

其中，Web服務(wù)器負(fù)責(zé)接收客戶申請(qǐng)信息、檢查用戶信息以及證書下載、證書查詢、CRL下載以及證書認(rèn)證等與終端用戶交互的功能。對(duì)普通用戶提供了統(tǒng)一的服務(wù)平臺(tái)。在線證書認(rèn)證服務(wù)器OCS為整個(gè)證書域的用戶提供了方便的證書認(rèn)證服務(wù)，簡(jiǎn)化了證書的使用。它提供了三種證書認(rèn)證方式。即本地認(rèn)證、實(shí)時(shí)在線認(rèn)證和非實(shí)時(shí)在線認(rèn)證，滿足了不同用戶的認(rèn)證要求。OCS數(shù)據(jù)庫(kù)和CA數(shù)據(jù)庫(kù)共同構(gòu)成認(rèn)證支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)。CA服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)中最重要的部分，它完成證書的簽發(fā)以及其他所有的設(shè)計(jì)證書管理的功能。CA數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和交互的核心部分。

(二)CA sub-system主要功能設(shè)計(jì)

用戶通過(guò)Web服務(wù)器提交信息后，用戶服務(wù)器檢查用戶提交的信息合法后，會(huì)將數(shù)據(jù)提交到CA數(shù)據(jù)庫(kù)等待CA服務(wù)器的簽發(fā)。CA服務(wù)器定期檢查(或人工檢查)CA數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有新的用戶請(qǐng)求。如果有，CA服務(wù)器則執(zhí)行簽發(fā)證書的一系列檢查和操作，直至完成最后證書簽發(fā)，然后將證書、相關(guān)的私鑰以及其他用戶信息保存在CA服務(wù)器中。用戶通過(guò)Web服務(wù)器查詢到用戶證書已經(jīng)簽發(fā)后，就可以通過(guò)Web服務(wù)器在線下載證書。當(dāng)然，如果為了安全需要，可以選擇IC卡或者USB Key等其他物理方式保存證書和保證私鑰發(fā)放的安全性。認(rèn)證中心CA作為可信的第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)，按照一定的安全策略為實(shí)體(下層CA或者終端用戶)簽發(fā)實(shí)體證書、CRL證書，對(duì)實(shí)體的證書進(jìn)行公證。其功能和服務(wù)主要包括以下方面：

(1)證書申請(qǐng)和證書審核服務(wù)；(2)各種證書管理服務(wù)；(3)CRL服務(wù)；(4)密鑰管理服務(wù)；(5)系統(tǒng)審核服務(wù)；(6)客戶端模塊設(shè)計(jì)和通用接口設(shè)計(jì)。

CA系統(tǒng)按照功能可分為以下幾個(gè)模塊：系統(tǒng)配置模塊、證書管理模塊、證書和CRL發(fā)布模塊、輸入／輸出模塊以及在線證書查詢模塊等。

證書管理模塊是整個(gè)CA認(rèn)證系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的核心模塊，它完成了幾乎所有的證書管理工作。所有的證書請(qǐng)求、證書和證書注銷列表均保存在系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中，同時(shí)可以通過(guò)發(fā)布模塊將證書和CRL發(fā)布到其他證書庫(kù)中。

四、總結(jié)

網(wǎng)格作為一種全新的技術(shù)，有著廣泛的前景和發(fā)展空間。作為網(wǎng)絡(luò)安全的第一道防線，某種程度上也是最重要的一道防線，認(rèn)證技術(shù)受到普遍關(guān)注。由于現(xiàn)有的認(rèn)證模型都存在這樣或那樣的問(wèn)題，不適用于網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境，而本文提出的一種基于X.509和Kerberos雙協(xié)議的混合認(rèn)證模型，能有效的克服現(xiàn)有模型的不足。

(責(zé)任編輯張一寧)