Luận văn Nghiên cứu việc đảm bảo an toàn thông tin trong hệ thống tính toán lưới

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 LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2011 2 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 - 2011 3 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 2.3.3. Minh họa cài đặt cơ chế an toàn bảo mật cho dịch vụ GRAM. .............. 47 4 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 HABN CHÊ C ỦA VOMS. ............................................................... 92 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 5 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 6 DANH MỤC THUẬT NGỮ Từ viết tắt Nghĩa tiếng Anh Chú giải AAS Attribute Authority Service 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 Administration and Registration Service Dịch vụ đăng ký và quản trị CA Certificate Authority Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số CAS Community Authorization Dịch vụ thẩm quyền cộng đồng DN Distinguished Name Tên phân biệt người dùng trong lưới EDG- MKGRIDMAP EDG Make Gridmap Công cụ tự động ánh xạ người dụng cục bộ và người dùng thuộc VO. FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file qua mạng TCP GOODAS Grid Oriented Online Document Analysing System Hệ thống lưới tìm kiếm và so khớp tài liệu điện tử GRAM Globus Resource Allocation Management Quản lý định vị tài nguyên lưới GRIM Grid Resource Identity Mapper Ánh xạ thực thể tài nguyên lưới GSI Grid Security infrastructure Hạ tầng an toàn thông tin lưới GSS-API Generic Security Service Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng dịch vụ bảo mật chung GT Globus Toolkit Bộ công cụ được phát triển bởi Globus Alliance, dùng để phát triển các ứng dụng lưới GUMS Grid User Management System Hệ thống quản lý người dùng lưới LMJFS Local Managed Job Factory Services Dịch vụ sinh MJS địa phương MJS Managed Job Service Dịch vụ quản lý công việc MMJFS Master Managed Job Factory Service Trình chủ sinh MJS 7 OGSA Open Grid Service Architecture Kiến trúc dịch vụ lưới PKI Public Key Infrastructure Hạ tầng khóa công khai PRIMA PRivilige Management and Authorization Dịch vụ quản lý ưu tiên và phân quyền RP Resource Provider Nhà cung cấp tài nguyên SAML Security Assertion Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu liên kết an toàn SOA Service Oriented Architecture Kiến trúc hướng dịch vụ SOAP Simple Object Acess 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 Virtual Organization Tổ chức ảo VOMRS Virtual Organization Management Registration Service Dịch vụ quản lý đăng ký tổ chức ảo VOMS Virtual Organization Membership Service Dịch vụ thành viên tổ chức ảo WS Web Service Dịch vụ web WSDD Web Service Deployment Descriptor Ngôn ngữ đặc tả dịch vụ Web WSRF Web Services Resource Framework Framework đưa ra bởi GT4 hỗ trợ kiến trúc lập trình mới 8 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 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. 9 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. 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 10 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. 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! 11 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. 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) 12 - 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 - 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. 13 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 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. 14 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. 15 1.1.3. Vấn đề cơ bản của một hệ thống lưới. 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. 16 1.1.4. Kiến trúc của một lưới Theo [4], một lưới bao gồm các thành phần sau: 1/. Tầng nền (Fabric) 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. 17 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: - 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. 18 - 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. 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). 19 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 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 20 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 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 21 + 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 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. 22 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 Tất cả các quyết định điều khiển được đưa ra đều là cục bộ hay dựa trên cơ sở của đối tượng cục bộ, hay không có một quyết định điều khiển nào là toàn cục, áp dụng cho tất cả các tài nguyên cục bộ. Ví dụ, một người dùng lưới có thể sử dụng dịch vụ truyền file GridFTP tại một tài nguyên này, nhưng tại các tài nguyên khác trong lưới, anh ta sẽ không có quyền truy nhập. Anh ta không thể ra lệnh truyền file cho toàn bộ các tài nguyên trong lưới. 7/. Cơ chế sử dụng Giấy chứng nhận Có thể dùng chứng chỉ số với các chương trình thay mặt cho cùng một tiến trình, chạy trên cùng một chủ thể trong cùng một miền tin tưởng. Như đã biết, tính toán lưới liên quan tới hàng trăm tiến trình chạy trên một tài nguyên đơn. Chính sách này cho phép mở rộng cho các ứng dụng song song có kích thước lớn, bằng cách tránh các yêu cầu phải tạo một chứng chỉ số duy nhất cho mỗi tiến trình, mà cho phép các tiến trình song song này dùng chung một tập các chứng chỉ số. 23 1.2.3. Kiến trúc an ninh cho hệ thống lưới Phần này sẽ trình bày một kiến trúc an ninh dựa trên các ngữ cảnh an toàn và chính sách an toàn thông tin được nêu ra ở trên. 1/. Thực thể Môi trường lưới bao gồm các chủ thể và đối tượng trong các tính toán. Chủ thể bao gồm các người dùng, các tiến trình thực hiện tính toán, bởi vì mỗi tính toán bao gồm nhiều tiến trình, mỗi tiến trình lại thay mặt cho một người dùng cụ thể. Đối tượng được hình dung như môi trường rộng lớn của các tài nguyên có sẵn: máy tính, kho dữ liệu, mạng, thiết bị hiển thị, ... để phục vụ cho tính toán. 2/. Giấy chứng nhận Đó là giải pháp thống nhất các định danh của các thực thể lưới, cung cấp cho cả người dùng và tài nguyên. Cơ chế này giúp giảm bớt thời gian chứng thực khi thực hiện tính toán, tạo điều kiện thuận lợi cho người dùng. Có hai loại chứng chỉ số: + Giấy chứng nhận người dùng Được cấp quyền để thay mặt người dùng trong một thời gian hạn chế. Giấy chứng nhận người dùng hoạt động thay cho người dùng, nhờ đó nó có những thuận lợi như: không yêu cầu người dùng phải có mặt trong thời gian tính toán, thay vào đó chứng chỉ số của người dùng phải sẵn có trong suốt thời gian tính toán. Hơn nữa, thời gian sống của chứng chỉ số được điều khiển bởi người dùng, giúp cho người dùng hoàn toàn chủ động trong quá trình tính toán mà không cần có mặt ở đó. + Giấy chứng nhận tài nguyên Chứng nhận cho một tài nguyên là thành viên hợp lệ của lưới, các chính sách an toàn riêng trong tài nguyên đó tương thích với các chính sách chung của lưới. Ví dụ, trong chính sách an toàn của Globus Toolkit 4 (GT4), giấy ủy nhiệm tài nguyên GRIM (Grid Resource Identity Mapper) chứng minh tài nguyên này là thành viên của lưới, tuân theo chính sách an toàn của lưới. Ngoài ra, kiến trúc GRIM cho phép cơ chế ủy quyền truy cập tài nguyên (e.g. máy) thông qua chương trình setuid, cho phép tài nguyên này nằm lâu dài trong một máy cụ thể, tuân theo chính sách an toàn trong máy đó. 24 3/. Các giao thức Là các quy ước được đưa ra cho hoạt động an toàn trong môi trường lưới. Trong kiến trúc này, sử dụng một số giao thức giúp cho các hoạt động trên toàn bộ lưới: người dùng có thể đăng nhập, định vị tài nguyên, định vị các tài nguyên khác trong tiến trình thực hiện. • Mô tả kiến trúc U, R, P: tương ứng là các người dùng, tài nguyên, và tiến trình. UP, RP: chứng chỉ số người dùng và chứng chỉ số tài nguyên. CX: Giấy ủy nhiệm của chủ thể X. SigX(text): văn bản (text) được kí bởi chủ thể X. Hình 1-4: Mô hình kiến trúc bảo vệ thông tin của hệ thống tính toán lưới Như trên hình vẽ, các hoạt động trong kiến trúc bao gồm: 1/. Người dùng thông qua giấy ủy nhiệm người dùng, đăng nhập hệ thống: Sử dụng giao thức 1. 2/. Định vị tài nguyên và khởi tạo các tiến trình qua giấy ủy nhiệm người dùng: Sử dụng giao thức 2. 25 3/. Mỗi tiến trình có thể định vị các tài nguyên khác một cách trực tiếp: Sử dụng giao thức 3. 4/. Khởi tạo bảng ánh xạ các định danh toàn cục vào trong các định danh cục bộ: Sử dụng giao thức 4. Sau đây là tóm tắt các giao thức trên: Giao thức 1: Đăng nhập hệ thống 1/. Người dùng sử dụng chứng chỉ số để đăng nhập vào hệ thống máy tính 2/. Người dùng tạo ra giấy ủy nhiệm người dùng (CUP), sử dụng chứng chỉ số người dùng UP để kí lên một bản ghi bao gồm: định danh người dùng, tên máy cục bộ, thời gian hợp lệ cho CUP và bất cứ thông tin nào được đòi hỏi bởi giao thức chứng thực sử dụng để cài đặt kiến trúc. Cup = SigU (usr-id, máy, start-time, end-time, auth-info). Ở đây cần phân biệt chứng chỉ số người dùng UP và giấy ủy nhiệm người dùng CUP. Chứng chỉ số người dùng UP cho phép các hoạt động trên lưới, tuy nhiên nó có một vài hạn chế: dễ bị tổn thương và không hạn chế thời gian hoạt động khi thay mặt người dùng. Giải pháp là sử dụng giấy ủy nhiệm tạm thời CUP, là sự kết hợp của chứng chỉ số UP với một khoá bí mật tương ứng. Giấy ủy nhiệm CUP có thể hoạt động thay mặt người dùng, nhưng thời gian hoạt động hạn chế và một số ràng buộc bởi người dùng như: tên máy (nơi mà UP được phép hoạt động), tên các miền (nơi mà UP được phép khởi tạo tiến trình và sử dụng tài nguyên). 3/. Người dùng sở hữu giấy uỷ nhiệm CUP được phép khởi tạo một tiến trình. Nó dựa trên chính sách an toàn cục bộ để bảo vệ tính toàn vẹn của CUP. 26 Giao thức 2: Giao thức định vị tài nguyên 1/. Các chứng chỉ số UP và RP thẩm quyền lẫn nhau (xem khái niệm thẩm quyền đa phương 1.2.2) sử dụng giấy ủy nhiệm CUP và CRP. Một phần của tiến trình này, RP kiểm tra để đảm bảo CUP vẫn còn hợp lệ, chưa hết thời hạn. 2/. UP chuyển các yêu cầu về định vị tài nguyên cho RP dưới dạng SigUP(các yêu cầu định vị) 3/. RP kiểm tra tính hợp lệ của UP đã yêu cầu định vị, bảo đảm các yêu cầu này đúng là do UP đã kí. 4/. Nếu yêu cầu được tiếp nhận, RP tạo ra bản ghi RESOURCE_CREDENTIAL chứa: tên người dùng, tài nguyên định vị cho người dùng đó, tên tài nguyên. 5/. RP chuyển RESOURCE_CREDENTIAL một cách an toàn tới UP (thực hiện như bước 1, UP chuyển yêu cầu định vị tới RP). 6/. UP kiểm tra tính hợp lệ RESOURCE_CREDENTIAL, xác nhận và kí lên nó - Sigup(RESOURCE_CREDENTIAL), để tạo ra một giấy ủy nhiệm yêu cầu tài nguyên. Giấy ủy nhiệm này còn được gọi là giấy ủy nhiệm tiến trình CP. 7/. UP chuyển CP một cách an toàn tới RP (thực hiện như bước 1, UP chuyển yêu cầu định vị tới RP). 8/. RP định vị tài nguyên, tiếp tục tiếp nhận các tiến trình CP mới của người dùng. Giao thức 3: Giao thức định vị tài nguyên thông qua tiến trình người dùng 1/. Tiến trình và UP của nó chứng thực lẫn nhau (xem chứng thực đa phương 1.2.2) thông qua CP và CUP. 2/. Tiến trình phát ra một yêu cầu tới UP của nó, dưới dạng: SigP {"định vị", các tham số yêu cầu định vị} 3/. Nếu UP chấp nhận yêu cầu, nó sẽ phát ra một yêu cầu định vị tài nguyên tới RP cụ thể nào đó sử dụng giao thức 2, đã mô tả ở trên. 4/. Kết quả định vị tài nguyên sẽ được UP kí lên, sau đó chuyển cho tiến trình yêu cầu. 27 Giao thức 4: Ánh xạ định danh toàn cục vào định danh cục bộ. 1/. UP chứng thực với RP 2/. UP phát ra một yêu cầu đã ký MAP-SUBJECT-UP dưới dạng các tham số như tên chủ thể tài nguyên, tên chủ thể toàn cục. 3/. Người dùng đăng nhập vào tài nguyên sử dụng các phương thức chứng thực của tài nguyên và bắt đầu tiến trình đăng ký. 4/. Tiến trình ánh xạ tài nguyên phát ra yêu cầu MAP-SUBJECT-P tới RP, dưới dạng các tham số: tên chủ thể tài nguyên, tên chủ thể toàn cục. a. RP đợi các yêu cầu MAP-SUBJECT-UP và MAP-SUBJECT-P với các tham số tương ứng. b. RP bảo đảm rằng tiến trình đăng ký ánh xạ thuộc về chủ thể tài nguyên được xác định trong yêu cầu ánh xạ. c. Nếu kiểm tra hợp lệ, RP sẽ thiết lập ánh xạ và gửi xác nhận tới tiến trình đăng ký ánh xạ và UP. d. Nếu kiểm tra không hợp lệ trong khoảng thời gian MAP-TIMEOUT, RP sẽ loại bỏ yêu cầu và gửi xác nhận tới các thực thể đang chờ đợi. e. Nếu xác nhận chưa được nhận trong khoảng thời gian MAP-TIMEOUT, yêu cầu coi như là không được chấp nhận. Hoạt động chi tiết của các giao thức đều được thiết lập dựa trên thẩm quyền, kĩ thuật chữ kí điện tử và mã hóa. Tuy nhiên, kiến trúc không đề cập kĩ thuật chữ kí điện tử riêng biệt nào, việc cài đặt cụ thể sử dụng giao diện lập trình ứng dụng chung GSS, do đó việc cài đặt và phát triển có thể sử dụng bất cứ công nghệ an toàn thông tin riêng biệt nào. 28 KẾT CHƯƠNG Tóm lại, vấn đề bảo đảm an toàn thông tin trong môi trường lưới còn rất nhiều thách thức. Vì đây là môi trường phân tán về địa lý, nguồn tài nguyên không đồng nhất, và tồn tại nhiều chính sách quản lý của các tổ chức khác nhau. Để giải quyết các khó khăn này, yêu cầu phải có giải pháp tổng thể và đồng nhất giữa các tổ chức tham gia lưới. Đó cũng là nội dung chính của chương sau, đi sâu vào các khía cạnh bảo đảm an toàn thông tin cho Hệ thống tính toán lưới. 29 Chương 2. NỀN TẢNG AN TOÀN THÔNG TIN LƯỚI GSI VÀ BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0 2.1. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN 2.1.1. Mã hóa thông tin Trong mã hóa thông tin có hai khóa là khoá mã hoá và khoá giải mã. Người gửi mã hóa thông tin bằng khoá mã hoá, và gửi bản mã cho người nhận. Hình 2- 1: Mã hóa thông tin sử dụng khóa Người nhận sử dụng khoá giải mã để giải mã thông tin. Hình 2- 2: Giải mã thông điệp sử dụng khóa mã giải Sau đây, ta sẽ xem xét hai phương pháp mã hóa thông dụng là mã hóa khóa đối xứng (mã hóa khóa bí mật) và mã hóa khóa phi đối xứng (mã hóa khóa công khai). 30 2.1.2. Hệ mã hóa khóa đối xứng. Mã hóa đối xứng là phương pháp mã hoá mà biết khoá mã hoá dễ dàng tính được khoá giải mã và ngược lại. Trong một số hệ mã hoá đối xứng thì hai khoá này trùng nhau. Hình 2- 3: Mã hoá khoá đối xứng Mặc dù các phương pháp mã hóa đối xứng thường có tốc độ cao và dễ cài đặt, nhưng chúng lại có nhiều yếu điểm. Một nhược điểm chính đó là vì cả người gửi và người nhận đều sử dụng cùng một khoá mã hoá do đó cần phải có sự trao đổi thông tin thống nhất khóa thông qua một kênh mật. Đây là một vấn đề khó trong an toàn và bảo mật. Các hệ thống bảo vệ thông tin ngày nay sử dụng các thuật toán mã hóa bất đối xứng (khoá mã hoá và khoá giải mã khác nhau) để cùng với hệ mã hoá đối xứng bảo vệ thông tin. 31 2.1.3. Hệ mã hóa khóa phi đối xứng. Hình 2- 4: Mã hoá khoá phi đối xứng Hệ mã hóa khoá phi đối xứng có khoá mã hoá và khoá giải mã khác nhau, biết được khoá này “khó” tính được khoá kia. Các khóa này được xây dựng bằng hàm một chiều có cửa sập (Trap-door). Trong hai khóa đó, một khóa được chọn làm khóa bí mật và khóa còn lại được chọn làm khóa công khai. Khóa bí mật chỉ có một người là chủ nhân của nó nắm giữ. Khóa công khai được công bố rộng rãi cho bất cứ ai muốn trao đổi thông tin mật với người sở hữu khóa. Khóa công khai được sử dụng để mã hóa thông tin và khóa bí mật được sử dụng để giải mã. Quá trình giao tiếp giữa hai đối tượng A và B có thể được mô tả như sau: B sinh ra một cặp khóa bí mật và công khai, khóa bí mật được cất giữ một cách an toàn và được bảo vệ bằng một mật mã còn khóa công khai được cung cấp rộng rãi. A có thể sử dụng khóa công khai (được phát hành bởi B) để mã hóa thông tin và gửi cho B. Lúc này, chỉ duy nhất B, người sở hữu khóa bí mật, có thể giải mã thông tin bằng khoá bí mật. Ngoài ra, mã hoá khoá phi đối xứng còn được dùng trong các cơ chế xác thực. Tuy nhiên, một nhược điểm lớn của hệ mã hóa công khai này là quá trình giải mã cũng như mã hóa mất nhiều thời gian. 32 2.1.4. Chữ ký số Những năm 80 của thế kỉ hai mươi, các nhà khoa học đã phát minh ra “chữ ký số” để chứng thực một “tài liệu số”. Đó là “bản mã” của xâu bít tài liệu [5]. Chữ ký được dùng để xác định tính hợp thức của văn bản trong quá trình giao dịch. Do đó, chữ ký trên giấy là đặc trưng của từng cá nhân. Chữ ký số là một hàm phụ thuộc vào thông tin mà nó ký. Trong giao dịch trực tuyến, chữ ký số được coi là một thông tin gắn liền với giao dịch. Hình 2- 5: Chữ ký số và mã hóa công khai Ký số trên tài liệu số là ký trên từng bít của tài liệu. Kẻ gian khó có thể giả mạo chữ ký số nếu nó không biết “khoá lập mã”. Để kiểm tra một chữ ký số thuộc về một tài liệu số, người ta dùng chìa khoá công khai và tài liệu đi kèm. Ký số thực hiện trên từng bít tài liệu nên độ dài của chữ ký số ít nhất bằng độ dài của tài liệu. Do đó thay vì ký trên tài liệu dài, người ta thường dùng “hàm băm” để tạo ra “đại diện” cho tài liệu, sau đó mới ký số lên “đại diện” này. 33 2.1.5. Chứng chỉ số. Hình 2- 6: Chứng chỉ số Chứng chỉ khoá công khai (gọi tắt là chứng chỉ số) là một văn bản điện tử xác nhận khoá công khai được sở hữu bởi một người cụ thể. Chứng chỉ số được cấp bởi cơ quan có thẩm quyền gọi là Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. Ví dụ về giao dịch điện tử giữa hai chủ thể A và B, thông qua Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số S như sau: Bước 1. Xin các chứng chỉ số: Trước khi giao dịch, A gửi khoá công khai cho S và S sẽ cấp chứng chỉ số AC. Thông tin từ A có thể gồm M = [ZA, Tên, ...] trong đó có ZA là khoá công khai của A. Tương tự B cũng sẽ được S cấp cho một chứng chỉ số BC. Bước 2: Giao dịch điện tử: A tìm chứng chỉ số BC của B, kiểm định chữ ký số của S đã kí lên BC. Nếu chứng chỉ số BC đúng do S phát hành, A tách khoá công khai của B, để mã hoá thông tin của mình và gửi cho B. Với việc sử dụng chứng chỉ số, quá trình chứng thực có sự liên quan của ba bên A, B, S. Quá trình kiểm chứng rất nghiêm ngặt, S phải chứng minh là người phát hành các chứng chỉ số, các thông tin mà A gửi cho B cũng bảo đảm bí mật, bởi vì nó đã được mã hóa bằng khóa công khai của B, chỉ có B mới có khóa bí mật để giải mã thông tin từ A. 34 Chuẩn chứng chỉ số X509 Đây là khuyến nghị về định dạng của chứng chỉ số theo chuẩn X509. Chứng chỉ số chuẩn X509 là văn bản chứa các thông tin theo định dạng sau: Hình 2-5: Chứng chỉ số theo chuẩn X509 + Subject: tên của đối tượng xin cấp. Nó được mã hoá theo định dạng tên định danh (Distinguished Name) của đối tượng. + Subject’s public key: bao gồm các thông tin về khoá và thuật toán sử dụng để sinh ra khoá công khai đó. + Issuer’s Subject: tên định danh của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. + Digital signature: chữ ký số sinh ra bởi khoá bí mật của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. Chữ ký này có thể được kiểm định bằng khoá công khai của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. + Tên định danh (Distinguished Name - DN): gồm các cặp giá trị cách nhau bằng dấu phẩy. Ví dụ: "O=University of Technology, OU=Faculty of Information Technology, CN=HPC". 35 Tên định danh có nhiều trường, trong đó, có một số trường thông dụng là: O: tên tổ chức (Organization). OU: tên của đơn vị trong tổ chức đó (Organization Unit). CN: tên đối tượng, thông thường là tên của người dùng (Common Name). C: đất nước (Country). Tên định danh cho phép ta xác định được định danh duy nhất của một đối tượng trong tổ chức. 2.1.6. Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số. Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số cấp phát và quản lý khoá công khai dùng trong mật mã. Mỗi đối tượng tham gia giao tiếp có thể tin tưởng Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số khác nhau. Trong trường hợp này, cấu trúc phân cấp Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số sẽ cho phép các bên tham gia tin tưởng các Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số khác nhau vẫn có thể thiết lập các mối quan hệ tin cậy trong giao tiếp. Trong hình 2-7, chứng chỉ số của Borja được ký bởi Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO. Ngược lại, chứng chỉ số của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO được ký bởi Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số BAR. Cuối cùng chứng chỉ số của BAR được ký bởi chính nó. Nếu chúng ta nhận được chứng chỉ số của Borja mà không hoàn toàn tin tưởng Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO, như vậy có nghĩa là chứng chỉ số của Borja sẽ không được tin tưởng ngay. Chúng ta có thể kiểm tra xem chứng chỉ số của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO có được cấp bởi một Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số mà ta tin tưởng hay không. Nếu Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số BAR nằm trong danh sách tin tưởng của ta, khi đó chứng chỉ số của Borja được tin tưởng. 36 Hình 2- 7: Cấu trúc phân cấp Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số Tuy nhiên, chú ý rằng Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số cấp cao tự ký chứng chỉ số của mình. Điều này không hiếm thấy. Chứng chỉ số này được gọi là chứng chỉ số tự ký. Một Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số với một chứng chỉ số tự ký được gọi là Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số gốc, bởi không có Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số nào ở trên nó. Để tin tưởng chứng chỉ số được ký bởi một Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số, Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số gốc tương ứng phải nằm trong danh sách Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số được tin tưởng. 37 2.2. CƠ SỞ HẠ TẦNG AN TOÀN THÔNG TIN TRÊN LƯỚI. An toàn thông tin là một trong những nền tảng quan trọng nhất trong hệ thống lưới. Cơ sở hạ tầng an toàn thông tin lưới (GSI) để giải quyết những vấn đề an toàn thông tin còn tồn tại trong tính toán lưới, mà nền tảng chính là những kiến thức về mã mật đã nêu ra ở phần trên. Trong phần này trình bày một số đặc điểm của GSI và cài đặt ứng dụng của nó. 2.2.1. Cơ sở hạ tầng mật mã khóa công khai. GSI được xây dựng dựa trên cơ sở hạ tầng mật mã khóa công khai (PKI). GSI bao gồm tập các thực thể (người dùng và tài nguyên), được phân biệt bởi tên duy nhất gọi là tên định danh. Chứng thực trong GSI nghĩa là cho mỗi thực thể người dùng hoặc tài nguyên một tên định danh duy nhất. Để mỗi thực thể có một định danh duy nhất, GSI đưa ra khái niệm giấy ủy nhiệm lưới, là sự kết hợp của chứng chỉ lưới với một khoá bí mật tương ứng. Một điều quan trọng trong môi trường PKI của lưới, mỗi thực thể phải thực hiện sự trao quyền để bảo đảm sự toàn vẹn của hệ thống trong các giao dịch đa phương và đa tiến trình. Để bảo đảm khóa bí mật không bị đánh cắp, có thể sử dụng một số phương pháp: - Lưu trữ khóa trong một file có quyền truy nhập hạn chế. - Lưu trữ khóa trong hệ thống file mà khoá mã hoá chỉ được biết bởi người sở hữu nó. Ví dụ máy chủ MyProxy để quản lý các giấy uỷ nhiệm lưới. - Lưu trữ khóa bí mật bằng các thiết bị phần cứng có mật khẩu. Giải pháp phần cứng cho ta tính an toàn cao, nhưng nó lại ít được sử dụng bởi thiếu sự phát triển của phần cứng. - Sử dụng giấy ủy nhiệm trong một khoảng thời gian sống nhất định. Điều này đòi hỏi thường xuyên phải có cấp mới các giấy ủy nhiệm, bảo vệ khóa bí mật bằng cách hạn chế sự lộ diện của nó. 38 2.2.2. Bảo vệ thông tin mức thông điệp và mức giao vận. GSI cho phép chúng ta thực hiện bảo vệ thông tin ở hai mức: mức giao vận và mức thông điệp. An toàn thông tin mức giao vận cho phép toàn bộ truyền thông được mã hóa. An toàn thông tin mức thông điệp chỉ cho phép nội dung của thông điệp được mã hóa. Hình 2- 8: An toàn thông tin mức giao vận Hình 2- 9: An toàn thông tin mức thông điệp Hai mức bảo mật giao vận và thông điệp có thể đảm bảo tính toàn vẹn, riêng tư và xác thực nhờ sử dụng các phương pháp mật mã. Tuy nhiên, không phải tất cả truyền thông cần có cả ba đặc tính này. Nói chung, hội thoại an toàn phải đảm bảo tối thiểu khả năng chứng thực. 39 2.2.3. Giấy ủy nhiệm lưới. Trong môi trường lưới, người dùng cần sử dụng nhiều tài nguyên. Mỗi lần yêu cầu cấp phép tài nguyên, người dùng cần phải chứng thực, và mỗi lần chứng thực người dùng cần nhập mật khẩu. Việc sử dụng nhiều lần mật khẩu trong chứng thực đa phương gây bất tiện cho người dùng, đồng thời khoá bí mật rất dễ bị đánh cắp. Một cách khác là sử dụng phần mềm để nhắc và lưu trữ mật khẩu người dùng một lần. Tuy nó rất thuận tiện cho người dùng, nó lại bất lợi trên quan điểm về an toàn thông tin, khi mà nó để lộ khóa bí mật trong một khoảng thời gian dài. GSI giải quyết vấn đề này với khái niệm giấy ủy nhiệm. Mỗi giấy ủy nhiệm sẽ hoạt động thay mặt người dùng trong một khoảng thời gian ủy quyền ngắn hạn. Nói cách khác, việc sử dụng giấy ủy nhiệm ngắn hạn thay thế cho các chứng chỉ số dài hạn khi chứng thực người dùng. Giấy ủy nhiệm là sự kết hợp giữa chứng chỉ số dài hạn của người dùng với khóa bí mật riêng của nó. Giấy ủy nhiệm, theo một cách khác, là sự liên kết ngắn hạn giữa tên định danh của người dùng với một khóa bí mật khác. Chứng chỉ số thường được lưu trữ sử dụng mã hóa trong hệ thống file địa phương, thường được bảo vệ bởi quyền truy cập file trong hệ thống, có thể được sử dụng nhiều lần mà không có sự bất tiện nào. Còn giấy ủy nhiệm dễ bị tổn thương, nó có thời gian sống ngắn hạn hơn nhiều so với các chứng chỉ số dài hạn của người dùng, thông thường là vài giờ. 2.2.4. Sự ủy quyền. Đối với tính toán phức tạp và kéo dài liên quan tới nhiều tiến trình khác nhau, người dùng không phải lúc nào cũng có mặt để chứng thực cho mỗi tiến trình. GSI giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép người dùng ủy quyền giấy ủy nhiệm của mình cho giao dịch các máy từ xa. 40 Sự ủy quyền cũng tương tự như việc tạo ra các giấy ủy nhiệm, một tập chứng chỉ số dài hạn sẽ được dùng để tạo ra tập các giấy ủy nhiệm mới, có thời gian sống ngắn hơn. Sự khác nhau là việc tạo ra các giấy ủy nhiệm xảy ra trong các phiên kết nối đòi hỏi chứng thực GSI, khi các tiến trình từ xa đòi hỏi giấy ủy nhiệm của người dùng cho chứng thực. Một điều đáng chú ý nữa là sự ủy quyền có thể là một chuỗi, một người có thể ủy quyền cho một máy A, sau đó tiến trình sử dụng trên máy A có thể ủy quyền cho máy B và cứ tiếp tục như vậy. 2.2.5. Chứng thực trong GSI. GSI sử dụng grid-mapfile để đưa ra danh sách điều khiển truy nhập dựa trên danh sách người dùng được định nghĩa. Việc chứng thực các định danh GSI sẽ chuyển về chứng thực các định danh địa phương, cùng với việc đó, các chính sách đưa ra cũng nằm trong phạm vi cục bộ như: quyền truy nhập file, dung lượng đĩa, tốc độ CPU. Gần đây GSI áp dụng chuẩn SAML [6] để định nghĩa các định dạng xác nhận bảo mật và giao thức để lấy xác nhận. GSI sử dụng chứng thực SAML theo hai cách: Dịch vụ chứng thực cộng đồng CAS hoặc dịch vụ chứng thực của bên thứ ba như PERMIT. 2.2.6. Ứng dụng của GSI. GSI cho phép người dùng và các ứng dụng lưới truy nhập vào các tài nguyên một cách an toàn. Một số khả năng an toàn bảo mật được GSI tập trung hỗ trợ: cơ chế uỷ quyền và đăng nhập một lần, thẩm quyền và chứng thực đa phương, các giấy ủy nhiệm thay mặt người dùng trong thời gian ngắn hạn, GSI cũng là thành phần thiết yếu cho một số công cụ như grid-proxy-init để tạo ra giấy ủy nhiệm từ các chứng chỉ số, các dịch vụ truyền file GridFTP và máy chủ thông tin LDAP, đệ trình các ứng dụng từ xa Globus Toolkit Gram hay Secure Shell (SSH) để kết nối tới các máy từ xa. Ngoài ra, tập các thư viện an toàn bảo mật GSI trong Java Cog Kit tạo điều kiện thuận lợi cho phát triển các ứng dụng lưới có hỗ trợ bảo mật. 41 2.3. BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0. Bộ công cụ Globus Toolkit (GT) là sản phẩm của dự án Globus – dự án được sự hợp tác của nhiều công ty, phòng thí nghiệm của Mỹ nhằm tìm ra giải pháp cho tính toán lưới. Globus Toolkit là tập hợp các dịch vụ, phần mềm, các thư viện xây dựng theo kiến trúc mở. Có thể nói dự án Globus đã và đang đóng góp rất lớn vào sự phát triển của tính toán lưới. Đã có hàng trăm dự án áp dụng tính toán lưới lớn, nhỏ trên toàn thế giới đang sử dụng bộ công cụ Globus Toolkit để xây dựng cơ sở hạ tầng và triển khai các ứng dụng của mình. Phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản GT4, đây là phiên bản đầu tiên có hỗ trợ các thực thi Web Services trong nhiều thành phần của nó. Tuy nhiên vẫn có một số thành phần chưa sử dụng các thực thi Web Services và vì lý do tương thích với các phiên bản cũ hơn. 2.3.1. Thành phần chính của Globus Toolkit. GT4 gồm có 5 thành phần chính sau [4]: − Thành phần thực thi cơ bản (Common runtime components) − Thành phần bảo vệ thông tin (Security component) − Thành phần quản lý dữ liệu (Data management component) − Dịch vụ theo dõi và tìm kiếm (Monitoring and Discovery Services) − Thành phần quản lý thực thi (Execution management) 1/. Thành phần thực thi cơ bản (Common runtime components) Thành phần thực thi cơ bản bao gồm tập các thư viện và các công cụ cung cấp môi trường xử lý cho cả hai mô hình dịch vụ: dịch vụ web và không phải là dịch vụ web. Đồng thời đây là thành phần nền tảng của Globus Toolkit phục vụ cho các dịch vụ khác trong bộ công cụ này. 42 2/. Thành phần bảo vệ thông tin (Security Component) Thành phần bảo vệ thông tin nằm phía dưới tất cả các thành phần khác cung cấp các chức năng an toàn thông tin, được xây dựng dựa trên mô hình mã hóa khóa công khai, giao thức bảo mật SSL (Secure Socket Layer) và chứng chỉ số X.509. Thành phần này cung cấp cơ chế xác thực một lần (single sign on), mã hóa trong truyền thông và cơ chế ủy quyền. Cần khẳng định rằng: bảo vệ thông tin trong tính toán lưới là một vấn đề trung tâm. Khi triển khai ở phạm vi lớn, lưới với cơ cấu phức tạp nếu không được thiết kế gắn liền với an toàn thông tin thì hệ thống lưới rất dễ bị sụp đổ do truy xuất trái phép, các loại sâu, các phương thức tấn công, cũng như các hacker. 3/. Thành phần quản lý dữ liệu (Data management) Globus Toolkit cung cấp các dịch vụ thao tác với dữ liệu: • Dịch vụ truyền file trên lưới GridFTP GridFTP là mở rộng của giao thức FTP truyền thống để cung cấp dịch vụ truyền file hiệu quả cao và được thực hiện trên nền bảo mật lưới chặt chẽ. Ngoài ra, một tính năng quan trọng của giao thức GridFTP là cho phép truyền file theo mô hình third-party. Trong mô hình truyền file truyền thống, việc truyền file chỉ thực hiện được giữa client và server. Còn trong mô hình truyền file third-party, Client có thể thực hiện truyền file giữa các server với nhau 43 Hình 2- 10: Truyền file theo mô hình third-party • Dịch vụ truyền file tin cậy RFT (Realiable File Transfer) RFT sử dụng GridFTP để truyền file. RFT cung cấp dịch vụ truyền file tin cậy dưới dạng dịch vụ web, đồng thời RFT cũng sử dụng cơ sở dữ liệu để có thể phục hồi việc truyền file nếu xảy ra sự cố. Hình 2- 11: Dịch vụ truyền file RFT 44 • Dịch vụ sao lưu dữ liệu trên lưới Dịch vụ sao lưu dữ liệu DRS (Data Replication Service), dịch vụ định vị tệp RLS (Replica Location Service) 4/. Dịch vụ theo dõi và tìm kiếm tài nguyên (Monitoring and Discovery Services) Dịch vụ theo dõi và tìm kiếm tài nguyên cung cấp kiến trúc thống nhất cho việc theo dõi các thông tin về cấu hình hệ thống trên các nút lưới của toàn bộ hệ thống. Dịch vụ thông tin cung cấp thông tin vật lý như: hệ điều hành, năng lực xử lý, bộ nhớ đồng thời cũng cung cấp các thông tin về các dịch vụ mà nút lưới đó cung cấp các dịch vụ lưới. 5/. Thành phần quản lý thực thi (Execution management) Globus Tookit cung cấp các thành phần làm nhiệm vụ thực thi công việc, giám sát công việc, và giao tiếp với bộ lập lịch địa phương. Trong đó quan trọng nhất là thành phần WS GRAM (Grid Resource Allocation and Management). WS GRAM là một dịch vụ lưới được viết theo mô hình Web Services, cung cấp khả năng thực hiện và quản lý trạng thái công việc từ xa. Khi Client đệ trình công việc, yêu cầu đó được gửi tới bằng thông điệp SOAP (Simple Object Access Protocol) [5] và được xử lý bởi thành phần WS GRAM trên máy đó. WS GRAM có khả năng chuyển các yêu cầu đó thành dạng mà các bộ lập lịch địa phương hiểu được và yêu cầu các bộ lập lịch địa phường thực hiện. Trong quá trình thực thi công việc, WS GRAM còn kết hợp với dịch vụ RFT để thực hiện truyền, nhận các file đầu vào và các file kết quả. Ngoài ra Globus Toolkit còn cung cấp các thành phần khác liên quan đến việc quả lý thực thi công việc như: bộ siêu lập lịch Community Scheduler Framework 4 (CSF4), dịch vụ quản lý không gian làm việc Workspace Management Service (WMS). Tuy nhiên các thành phần này đang trong giai đoạn phát triển và chưa được hoàn thiện. 45 2.3.2. An toàn bảo mật trong Globus Toolkit. GT4 cung cấp một số dịch vụ về an toàn bảo mật: - Credential processing service: là dịch vụ đảm nhận việc xử lý và kiểm tra các yêu cầu về chứng thực. - Authorization service: dịch vụ này xác định quyền của các hoạt động dựa trên việc áp dụng các quyền bảo mật đối với từng đối tượng yêu cầu hành động đó và cụ thể yêu cầu đó. - Credential Conversion service: là dịch vụ trung gian chuyển đổi giữa các cơ chế ủy nhiệm địa phương và các tổ chức ảo. - Identity Mapping service: là dịch vụ ánh xạ tài khoản người dùng trong một miền tới một tài khoản đối với một miền khác. - Audit: dịch vụ log lại các sự kiện. Môi trường trình chủ (Hosting environment) Trình chủ là môi trường để nuôi sống và phát triển các dịch vụ. Dịch vụ lưới cũng tương tự như các dịch vụ Web khác, được xây dựng trên các môi trường trình chủ như J2EE hay .NET. Những trình chủ này cung cấp mức độ cao của an toàn bảo mật và hầu hết các chức năng an toàn bảo mật đều được đặt trên trình chủ do đó sẽ làm cho việc phát triển đơn giản hơn và cho phép các chức năng được nâng cấp hoàn toàn độc lập với các ứng dụng. Hình dưới đây đưa ra một ví dụ đã được đơn giản hóa của cách thức hoạt động của mô hình OGSA. Một yêu cầu xuất phát từ một OGSA client tới một OGSA service. Cả client và service đều được chứa trong các trình chủ (để đơn giản một số các chi tiết về quá trình bảo mật như auditing (kiểm định), quá trình chứng nhận client được bỏ qua). 46 Hình 2- 12: Kiến trúc an toàn bảo mật trong Globus Toolkit Client đầu tiên sẽ tạo một yêu cầu tới một dịch vụ OGSA và truyền yêu cầu đó tới trình chủ xử lý. Các bước sau dùng để xử lý yêu cầu từ client: - Trình chủ chứa client kiểm tra các chính sách an toàn bảo mật của dịch vụ được yêu cầu để xác định những cơ chế và ủy nhiệm nào cần phải tuân theo để có thể đệ trình yêu cầu. - Nếu trình chủ bên phía client xác định được rằng các cơ chế ủy nhiệm cần thiết chưa có, thì nó sẽ yêu cầu một dịch vụ Credential Conversion Service để chuyển các giấy ủy nhiệm đã có thành dạng cần thiết. (ví dụ CAS để chuyển các giấy ủy nhiệm cá nhân thành giấy ủy nhiệm của VO, và KCA để chuyển giữa chuẩn Kerberos và PKI – Public Key Infrastructure). - Trình chủ phía client sử dụng Token Processing và Validate Service (dịch vụ xử lý và kiểm tra) để xử lý các yêu cầu chứng thực khi giao tiếp với dịch vụ yêu cầu. Chính dịch vụ này đã làm cho ứng dụng và trình chủ không phải quan tâm nhiều đến các chi tiết cụ thể. 47 - Về phía server, trình chủ cũng sử dụng một dịch vụ xử lý việc chứng thực của client. Sau quá trình chứng thực client, trình chủ phía server chuyển yêu cầu và thông tin về client tới một dịch vụ chứng thực ví dụ PERMIS hay Akenti để quyết định các quyền hạn thực thi. Nếu tất cả các bước trên đều thành công thì trình chủ phía server sẽ chuyển các yêu cầu đã được cho phép tới dịch vụ được yêu cầu để xử lý. Ứng dụng biết rằng trình chủ đã đảm nhận toàn bộ việc bảo mật do đó chỉ tập trung vào việc xử lý yêu cầu. 2.3.3. Minh họa cài đặt cơ chế an toàn bảo mật cho dịch vụ GRAM. Tài nguyên lưới bao gồm các các máy chủ, máy trạm, các siêu máy tính, các thiết bị lưu trữ kết nối với một lưới dữ liệu thông qua mạng truyền thông để cùng thực hiện một mục tiêu chung. Dịch vụ định vị tài nguyên GRAM (Globus Resource Allocation Management) là dịch vụ của GT cho phép client có thể khởi tạo, quản lý, theo dõi an toàn bảo mật các nhiệm vụ tính toán trên các máy ở xa. Việc tiến hành đối với GRAM là một trong những công việc phức tạp nhất bởi vì nó liên quan nhiều đến cả cơ chế an toàn bảo mật địa phương và các client từ xa. Phần này sẽ trình bày việc cài đặt an toàn bảo mật trong GRAM để minh họa cho việc cài đặt cho các dịch vụ. Để có thể thực hiện công việc nhờ GRAM, một client phải mô tả công việc, chỉ rõ những chi tiết về thư mục thực thi, nơi lưu trữ các đầu ra và đầu vào. Những mô tả này được gửi tới tài nguyên và kết quả là một thực thể của dịch vụ quản lý công việc MJS (Managed Job Service). Một MJS là một dịch vụ của lưới cho phép khởi tạo công việc, điều khiển, theo dõi công việc. MJS được tạo bởi một dịch vụ sinh MJS. Về lý thuyết thì sẽ có tương ứng với mỗi tài khoản người dùng một dịch vụ sinh MJS, tuy nhiên trong thực tế để tránh lãng phí, GT chỉ thực thi một trình chủ sinh MJS là Master Managed Job Factory Service (MMJFS). 48 Mỗi MMJFS chạy trên mỗi tài nguyên và triệu gọi dịch vụ sinh MJS địa phương LMJFS (Local Managed Job Factory Services) dùng khi cần thiết. Dịch vụ điều hướng (Proxy Router service) dẫn những yêu cầu từ người dùng tới LMJFS nếu có (hoặc MMJFS nếu LMJFS của người dùng đó không tồn tại). Với MJS factory thì có thể có một hay nhiều thể hiện của MJS chạy cùng một lúc trên môi trường trình chủ. Hình 2- 13: Cơ chế thực hiện của GRAM Như minh họa trên hình 2-14, để thực hiện công việc trên GRAM phải qua 7 bước: 1/. Người yêu cầu tạo một bản mô tả công việc và kèm với một giấy ủy nhiệm thích hợp. Yêu cầu này sau đó được gửi tới tài nguyên đích. 2/. Dịch vụ điều hướng Proxy Router nhận yêu cầu và gửi tới LMJFS nếu có (nhảy tới bước 6) hoặc gửi tới MMJFS (thực hiện tiếp bước 3). 3/. MMJFS xác nhận chữ ký trên yêu cầu sau đó xác định tài khoản cục bộ mà công việc sẽ thực hiện dựa trên tài khoản đó sử dụng grid-mapfile, một file nằm trên máy cục bộ chứa những thông tin ánh xạ từ GSI vào tài khoản cục bộ. 49 4/. MMJFS triệu gọi quá trình Setuid Starter để khởi tạo LMJFS. Setuid Starter là chương trình có đặc quyền (ví dụ như setuid-root) mà chức năng duy nhất của nó là khởi tạo một LMJFS đã được cấu hình sẵn cho một người dùng. 5/. Khi LMJFS đã được tạo, nó cần nhận được giấy ủy nhiệm và phải tự đăng ký với dịch vụ điều hướng Proxy Router để nó thể nhận được các yêu cầu khác trong tương lai. LMJFS triệu gọi Grid Resource Identity Mapper (GRIM) để nhận được giấy ủy nhiệm. GRIM là một chương trình có đặc quyền truy cập và sinh ra các giấy ủy nhiệm cho LMJFS. Giấy ủy nhiệm này chứa trong nó định danh người dùng lưới, tên người dùng cục bộ … để giúp cho người yêu cầu có thể đảm bảo đây đúng là LMJFS cần thiết. 6/. LMJFS nhận được yêu cầu công việc, LMJFS kiểm định chữ ký trên yêu cầu để đảm bảo là nó không bị giả mạo và kiểm tra xem người yêu cầu có được quyền truy cập tài khoản người dùng cục bộ mà LMJFS đang chạy. LMJFS khởi tạo một MJS và trả lại tham chiếu dịch vụ đến người dùng. 7/. Người yêu cầu kết nối tới MJS để bắt đầu công việc. Người yêu cầu và MJS kiểm chứng lẫn nhau trước khi tiến hành quá trình giao dịch. MJS kiểm định xem requestor có đủ thẩm quyền để thực thi trong tài khoản cục bộ hay không còn requestor kiểm định xem MJS có giấy ủy nhiệm (GRIM credential) hợp lý từ máy chủ hay không, điều này cho phép client không chỉ xác định được là MJS chạy trên đúng máy chủ mà còn chạy trên đúng tài khoản. 50 Chương 3. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO 3.1. TỔ CHỨC ẢO. 3.1.1. Khái niệm tổ chức ảo. Các ứng dụng lưới hiện tại có thể khác nhau về số lượng người tham gia, thời gian diễn ra & mức độ các hoạt động trao đổi thông tin, lượng tài nguyên chia sẻ... Song, chúng đều có các điểm tương đồng về các cơ chế chia sẻ và sử dụng tài nguyên: 1/. Ràng buộc tài nguyên chia sẻ: Những người cung cấp tài nguyên, xác định các ràng buộc sử dụng trên chính tài nguyên họ cung cấp. Họ có quyền quyết định khi nào, tài nguyên nào sẽ được chia sẻ. 2/. Quan hệ chia sẻ: Mối quan hệ giữa các bên tham gia chia sẻ và sử dụng tài nguyên là mối quan hệ ngang hàng, chứ không theo mô hình khách chủ. Các tổ chức tham gia, vừa có thể là bên cung cấp, vừa có thể là bên sử dụng. 3/. Chính sách chia sẻ động: Sở dĩ gọi là động vì chính sách chia sẻ có thể thay đổi liên tục, phụ thuộc vào quyết định của bên cung cấp tài nguyên. Các bên tham gia cần cập nhật liên tục các chính sách này để có phương án sử dụng thích hợp. Nhóm các cá nhân, tổ chức cùng tuân theo các cơ chế chia sẻ và sử dụng tài nguyên như vậy, được gọi là tổ chức ảo (VO – Virtual Organization). Hình 3- 1: Tổ chức ảo. 51 Trong hình 3-1 là ví dụ về 2 tổ chức ảo P và Q. Tổ chức ảo Q (bên phải hình vẽ) thực hiện các nghiên cứu về tia, tài nguyên sử dụng là năng lực tính toán của các đơn vị tham gia. Tổ chức ảo P có thể sử dụng chương trình B, dữ liệu D của tổ chức thật 3; chương trình A của tổ chức thật 1. Tổ chức ảo Q có thể sử dụng chu kỳ tính toán rảnh rỗi của các tổ chức thật 1và 2. Một số tài nguyên của tổ chức thật có thể tham gia vào cùng nhiều tổ chức ảo như chương trình A và các tài nguyên tính toán trên máy chứa nó (tổ chức thật 2). Như vậy, tổ chức ảo thực chất là nhóm các cá nhân, đơn vị có cùng phạm vi và chính sách chia sẻ tài nguyên. Các thành viên trong cùng VO chỉ được sử dụng các tài nguyên lưới trong phạm vi mà bên cung cấp tài nguyên – Resource Provider (RP) quy định cho VO đó. Do đó, khi xem xét dưới góc độ tài nguyên, có thể coi lưới là kết quả của sự hợp tác giữa bên sử dụng - VO và bên cung cấp - RP. 3.1.2. Tổ chức ảo và tài nguyên lưới. Vì lưới có nhiều người dùng và nhiều loại tài nguyên nên kéo theo phải quản lý một lượng lớn các thông tin về người dùng và các quyền của họ với tài nguyên. Các thông tin này còn được gọi là thông tin phân quyền. Các thông tin về phân quyền được chia ra thành hai loại: • Thông tin về người dùng trong tổ chức ảo: Các thông tin về tổ chức ảo, nhóm của người dùng trong tổ chức, vai trò của họ trong nhóm và các quyền tương ứng người đó được phép thực hiện. • Thông tin về các quyền của người dùng với RP: Phụ thuộc vào thông tin của người dùng trong VO, các thông tin ở RP sẽ được ánh xạ tương đương. Nhóm các thông tin về người dùng trong tổ chức ảo được quản lý tập trung tại server của VO, nhóm thông tin về quyền của người dùng với RP được lưu tại các tài nguyên được yêu cầu. Nhóm thông tin thứ hai được RP tạo ra dựa trên các chính sách sử dụng tài nguyên lưới cục bộ và các thỏa thuận cam kết tài nguyên với VO. Các thông tin này được lưu dưới dạng danh sách quản lý các truy cập (Access Control List - ACL), quyết định việc truy cập tài nguyên có được phép hay không. 52 Dù vai trò của VO và RP là khác nhau trong việc quản lý và sử dụng tài nguyên, nhưng sự phối hợp giữa chúng sẽ quyết định tính nhất quán trong chính sách sử dụng tài nguyên của toàn bộ lưới. Điều kiện đầu tiên cho một người dùng muốn tham gia lưới, họ phải là thành viên của một VO nào đó. Tổng quát, họ có thể là thành viên của nhiều VO khác nhau. Trong mỗi VO, người dùng lại có các vai trò khác nhau. Yêu cầu được đặt ra là: ngay sau khi người dùng đăng nhập, họ có quyền chọn các VO mà họ tham gia. Các quyền tương ứng với vai trò của họ trong VO đó phải được xác định ngay sau đó. Về phía RP, căn cứ vào vai trò người dùng lưới trong VO, sẽ ánh xạ họ vào các người dùng địa phương trên máy cục bộ. Các quyền của người dùng địa phương phải đảm bảo cho người dùng lưới thực thi được các quyền của họ trong VO. Do đó, đảm bảo được tính nhất quán trong chính sách sử dụng tài nguyên của VO nói riêng và toàn bộ lưới nói chung. Hình 3- 2: Người dùng lưới với VO và RP. 53 3.1.3. Thông tin người dùng trong tổ chức ảo. 3.1.3.1 Cấu trúc tổ chức ảo. Cấu trúc tổ chức của tổ chức ảo là cấu trúc phân cấp. Tổ chức ảo là nhóm lớn nhất. Từ nhóm lớn nhất lại chia nhỏ thành các nhóm con trực thuộc. Mỗi nhóm có quyền khác nhau trên những tài nguyên lưới mà tổ chức ảo được cấp. Tùy theo yêu cầu, người dùng được chia vào các nhóm phù hợp với nhiệm vụ của họ. Mỗi nhóm có một hoặc nhiều người quản trị. Có 2 cấp độ quản trị là quản lý nhóm và quản trị toàn bộ VO. Ở mức nhóm, các công việc quản trị là quản lý thành viên trong nhóm, xử lý các yêu cầu tham gia nhóm, gán các quyền quản trị cho thành viên trong nhóm. Lên tới cấp độ toàn VO, người quản trị có thêm quyền xét duyệt đơn đăng ký tham gia vào VO. Có thể biểu diễn cấu trúc của VO bằng đồ thị có hướng không chu trình. Hình 3- 3: Cây phân cấp VO. Mỗi nhóm được biểu diễn bởi một đỉnh của đồ thị (nút), mỗi quan hệ giữa hai nhóm được biểu diễn bằng một cạnh có hướng. VO ban đầu là nhóm gốc, là cha của chính nó. Ngoại trừ nhóm gốc, mỗi nhóm có thể có nhiều nhóm cha. Tuy nhiên, một nhóm không được phép là nhóm con của chính con nó, để đảm bảo không có chu trình trong đồ thị. G,R G1,R G2,R G3,R G1.1,R G1.2,R G3.1,R G1.2.1,R G2.1,R 54 3.1.3.2 Thông tin người dùng. Do cấu trúc tổ chức phân cấp của VO mà khi người dùng được phân vào nhóm con, thì người đó cũng đồng thời là thành viên của nhóm cha. Chính xác hơn, người dùng đó là thành viên của tất cả các nhóm nằm trên đường nối từ nhóm con đến nút gốc trên đồ thị. Người dùng trong nhóm được đặc trưng bởi vai trò và các quyền tương ứng với vai trò đó. Khi người dùng tham gia nhóm, họ sẽ giữ một vai trò nào đó, đơn giản có thể là “Group Member”… hoặc cao nhất là VO-Admin. Phạm vi của vai trò chỉ được giới hạn trong nhóm. Sự khác nhau giữa nhóm và vai trò thể hiện ở chỗ: các nhóm người dùng tham gia luôn được chỉ rõ, còn vai trò của người dùng thì có thể được tùy chọn trong danh sách các vai trò có sẵn. Tương ứng với vai trò là các quyền họ được phép làm. Vai trò và các quyền được kế thừa từ các nhóm cha của nhóm mà người dùng đang tham gia. Để kết luận, ta đưa ra mô hình: Người dùng U là thành viên của nhóm {G1, G2… Gn}. Quan hệ của người dùng U với nhóm Gk, được đặc trưng bởi bộ ba (Gk, Rk, Ck) tương ứng với thông tin về thành viên nhóm, vai trò, quyền. Các thông tin phân quyền đầy đủ về U sẽ là (G1, R1, C1)… (Gn, Rn, Cn). Bộ ba thuộc tính này phản ánh sự thỏa thuận giữa bên yêu cầu VO và bên thực thi RP. VO cung cấp các thông tin về quyền của người dùng, và RP có nhiệm vụ đảm bảo thực thi các quyền đó. Lấy ví dụ như lưới dữ liệu CERN được coi như tổ chức ảo VO có hai nhóm là sản xuất (production) và sao lưu (replicator). Các vai trò có thể trong nhóm là quản trị VO (VO-admin) và quản trị nhóm (Admin). Mỗi thành viên nhóm có các quyền thực thi lâu dài (long-job) hay là lưu trữ lớn (large-space). 55 3.1.3.3 Định dạng thông tin VO. Người dùng trong VO có 3 thuộc tính cơ bản là nhóm, vai trò và quyền. Cả 3 thuộc tính này được gọi chung là “Tên thuộc tính đầy đủ” - “Fully Qualified Attribute Names” (FQAN). Cú pháp: /VO[/group[/subgroup(s)]][/Role = role][/Capability = cap] Ví dụ: Vai trò Administrator trong group AGP của VO hpcc.hut.edu.vn là: /hpcc.hut.edu.vn/AGP/Role=Administrator. 3.1.3.4 Thông tin về các quyền người dùng với RP. Ứng với các thông tin về người dùng trong VO, một cơ chế khác trên RP tự động thực hiện để luôn đảm bảo các quyền người dùng trên RP thực hiện nhất quán với chính sách tài nguyên của VO. Cơ chế ánh xạ gridmap được sử dụng. Nhiệm vụ của nó là ánh xạ thông tin người dùng vào các tài khoản cục bộ trên máy thực thi. Tài khoản cục bộ có các quyền gì trên tài nguyên lưới, người dùng lưới sẽ có các quyền như vậy. Vậy làm thế nào để xác định được tài khoản nào sẽ được gán cho người dùng lưới? Nếu cơ chế ánh xạ hoạt động sai lệch sẽ ảnh hường trực tiếp đến tính đúng đắn cho chính sách sử dụng tài nguyên cũng như an toàn cho cả hệ thống thực thi. Cơ chế ánh xạ dựa trên việc tự động thiết lập một kênh trao đổi thông tin an toàn giữa VO và RP. Phía RP sẽ định kỳ theo dõi các thông tin từ phía VO, cập nhật các người dùng mới cũng như các quyền của họ. Kết hợp với các chính sách tài nguyên cục bộ cũng như các thỏa thuận đã ký với VO, RP chọn ra tài khoản phù hợp để ánh xạ cho đúng. Như vậy, để quản lý thông tin về quyền của người dùng trong lưới, ta chia các thông tin của họ theo phạm vi họ thuộc vào (bên sử dụng tài nguyên – VO) và bên cung cấp tài nguyên cho họ (RP). Để quản lý các thông tin thành viên trên VO, chúng ta sẽ sử dụng dịch vụ thành viên tổ chức ảo – Virtual Organization Membership Service (VOMS). Các thông tin về quyền người dùng sẽ được quản lý bởi dịch vụ ánh xạ EDG-MKGRIDMAP. 56 3.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO. Dịch vụ thành viên tổ chức ảo VOMS là nỗ lực phát triển chung của hai dự án Lưới dữ liệu Châu Âu - European DataGrid và Atlantic. Trải qua hơn 10 năm phát triển, ngày nay VOMS đã được tích hợp sẵn trong Glite và là thành phần không thể tách rời trong mô hình quản lý người dùng lưới theo tổ chức ảo của cộng đồng lưới này. VOMS cho phép quản lý thông tin phân quyền của người dùng trong VO theo thời gian thực. Các thông tin phân quyền được lưu bao gồm các thông tin chứng thực, vai trò người dùng và các quyền của họ trong VO. VOMS cung cấp thêm các thông tin bổ sung vào giấy phép của người dùng. RP sẽ căn cứ vào các thông tin này để phân quyền. Hình 3- 4: Kiến trúc VOMS. Hình 3-4 minh họa các tương tác giữa người dùng với VOMS. 2 loại người dùng tương tác với hệ thống là người dùng lưới và người quản trị VO. Người dùng lưới đăng ký và xin giấy phép hoạt động với VOMS. Người quản trị quản lý VO và xử lý các yêu cầu gia nhập. 57 3.2.1. Người dùng với VOMS. 3.2.1.1 Người dùng lưới với VOMS. Muốn sử dụng tài nguyên trong lưới, người dùng phải tham gia vào VO có quyền sử dụng tài nguyên đó. Việc đầu tiên người dùng cần làm là đăng ký thành viên với người quản trị VO. Mỗi người dùng có thể đăng ký với nhiều VO khác nhau. Sau khi được chấp nhận, người dùng xin chứng nhận tạm thời (proxy cerfiticate) để có quyền truy cập tài nguyên. Cụ thể, quy trình người dùng xin gia nhập VO như sau: 1/. Người dùng sở hữu chứng chỉ số của CA được VOMS Server tín nhiệm. Người dùng truy cập web admin của VOMS Server, cung cấp một số thông tin cá nhân, đồng ý với các điều khoản sử dụng lưới của VO và nộp đơn xin gia nhập. 2/. Một email được gửi tới hòm thư của người dùng. Người dùng nhận được email, lựa chọn đồng ý tiếp tục quá trình đăng ký. 3/. Người dùng chờ quyết định từ VO-Admin xem xét đơn gia nhập VO. Một email thông báo sẽ được gửi tới người dùng khi có kết quả xét duyệt của người quản trị VO. Hình 3- 5: Quy trình xin đăng ký dùng lưới tính toán. 58 grid-proxy-init là công cụ để cấp phép chứng chỉ số tạm thời cho người dùng lưới. Thay vì sử dụng grid-proxy-init, ta sẽ sử dụng voms-proxy-init để xin cấp chứng thực quyền thành viên. Giống như công cụ grid-proxy-init, công cụ voms-proxy-init cũng tạo ra chứng chỉ số tạm thời cho người dùng lưới, và gắn thêm các thông tin về phân quyền của người dùng từ VOMS server. Các thông tin này bao gồm giấy ủy quyền của người dùng, của VOMS server và thời hạn của chứng nhận tạm thời. Tất cả các thông tin này sau đó đều được xác nhận bằng chữ kỹ số của VOMS server. Các chứng nhận do voms-proxy-init sinh ra đều hoạt động tốt với các hệ thống cũ không hỗ trợ VO để đảm bảo tính tương thích ngược. Quy trình người dùng xin chứng chỉ số tạm thời như sau như sau: 1/. Người dùng và VOMS server xác thực lẫn nhau. 2/. Người dùng gửi yêu cầu xin chứng thực đến VOMS server. 3/. VOMS server xác nhận thành viên & vai trò của người dùng trong VO và kiểm tra lại yêu cầu; sau đó cấp và trả lại cho người dùng các thông tin được yêu cầu. 4/. Người dùng kiểm tra các thông tin nhận được. Hình 3- 6: Quy trình xin chứng nhận VOMS. 59 Ngoài các thuộc tính cơ bản của chứng nhận lưới, chứng nhận tạm thời gắn thêm các thuộc tính nhận được từ VOMS server. Ngoài ra, người dùng có thể tích hợp thêm các thuộc tính xác thực khác như phương pháp Kerberos, nhãn thời gian… Sau khi có chứng nhận VO từ VOMS, người dùng gửi các chứng nhận này đến đến RP để sử dụng tài nguyên. Để kiểm tra quyền, Gatekeeper bên phía thực thi sẽ tách các thuộc tính bổ sung từ VOMS, kiểm định và xác thực các thuộc tính phân quyền. Các thuộc tính này, kết hợp với chính sách sử dụng tài nguyên trước đó giữa VO và RP, sẽ quyết định các tài nguyên người dùng được phép sử dụng. Các thuộc tính này là không bắt buộc, nên các chứng thực do VOMS sinh ra vẫn đảm bảo tính tương thích ngược, tức là làm việc được với các hệ thống không hỗ trợ kiểm tra các thuộc tính về phân quyền. 60 3.2.1.2 Người quản trị với VOMS Người quản trị VOMS được chia ra 2 cấp độ quản trị. Ở cấp độ quản lý nhóm, họ quản lý quyền, thành viên của các nhóm con trong VO. Ở cấp độ toàn VO, người quản trị có thêm nhiệm vụ quản lý các đơn gia nhập VO. Cụ thể, người quản trị nhóm có các quyền sau: Hình 3- 7: Người quản trị nhóm với hệ thống. Người quản trị nhóm phụ trách quản lý người dùng (thêm, xóa, tìm kiếm), quản lý nhóm (thêm, xóa, tìm kiếm, quản lý ACL cho nhóm), quản lý vai trò (thêm, xóa, tìm kiếm), quản lý thành viên (thêm, bớt; gán, gỡ bỏ vai trò của các thành viên). Người quản trị VO thừa kế các quyền quản lý của quản trị nhóm. 61 Hình 3-8: Quản trị nhóm và quản trị VO. Ngoài ra, quản trị VO còn có thêm các quyền quản lý riêng ở cấp độ toàn tổ chức. Đó là quản lý đăng ký. Hình 3-9: Quản trị VO và hệ thống. 3.2.2. Dịch vụ VOMS. Dựa theo 2 loại tác nhân chính tương tác với hệ thống là người dùng lưới và người quản trị, có thể chia dịch vụ VOMS thành 2 phần chính theo phía người dùng và phía quản trị. Phía quản trị bao gồm: • Server quản trị: xử lý các yêu cầu từ phía máy khách, cập nhật, sửa đổi cơ sở dữ liệu. • Client quản trị: đóng vai trò người quản trị VO ( thêm người dùng, tạo, xóa nhóm, thay đổi vai trò…). 62 Phía người dùng bao gồm: • Server người dùng: nhận các yêu cầu từ phía máy khách và trả lại các thông tin về người dùng. • Client người dùng: liên hệ với server để lấy về chứng nhận người dùng, danh sách các nhóm, vai trò và khả năng của người dùng. Mọi quá trình giao tiếp giữa client và server phải đảm bảo xác thực và an toàn. Hình 3- 10: Hệ thống VOMS. Thành phần chính của server người dùng là Dịch vụ sinh thuộc tính AAS (Attribute Authority Service). Thành phần chính của server quản trị là Dịch vụ đăng ký & quản trị ARS (Administration and Registration Service). ARS là công cụ của người quản trị, phụ trách quản lý cấu trúc phân cấp nhóm, người dùng, thành viên trong VO. AAS sẽ căn cứ vào các thông tin phân quyền do ARS cấp để chứng thực quyền cho người dùng. 3.2.2.1 Dịch vụ sinh thuộc tính AAS. AAS hỗ trợ sinh chứng thực dưới 2 định dạng là X509 AC (Attribute Certificate) và SAML AA (Atrribute Assertion). 63 X509 AC gồm 2 phần là vomsd (VOMS Daemon) và voms-proxy-init. VOMSD chạy như một tiến trình ngầm, xác thực yêu cầu voms-proxy-init đến từ người dùng và cấp chứng nhận thuộc tính AC (Attribute Cerfiticate) cho thành viên VO. SAML AA, được phát triển trong dự án OMII và mới được tích hợp vào VOMS-Admin gần đây. Với SAML AA, VOMS hỗ trợ giao thức SAML để các client có thể lấy về chứng nhận thuộc tính thông qua giao thức này. 3.2.2.2 Dịch vụ đăng ký & quản trị ARS. Là dịch vụ chính của server quản trị, nhiệm vụ của ARS là quản lý VO. ARS là công cụ quản lý VO chính của người quản trị. ARS hỗ trợ giao thức kết nối SOAP, nên có thể dễ dàng chuyển sang dịch vụ OGSA. Nó bao gồm 5 thành phần cơ bản: + Nhân (Core): các chức năng cơ bản cho phía client. + Quản trị (Admin): quản trị cơ sở dữ liệu VOMS. + Nhật ký (History): ghi lại nhật ký các thay đổi. + Yêu cầu (Request): cơ chế quản lý các yêu cầu của người dùng mới và các thay đổi khác. + Tính tương thích (Compability): sử dụng tiện ích mkgridmap, đơn giản hóa việc truy cập đến danh sách người dùng. Hình 3- 11: Thành phần của server quản trị. 64 ARS tích hợp giao diện Web ( Ứng dụng web J2EE chạy trên Apache Tomcat ) thuận lợi cho phía người dùng đăng ký thành viên. Người quản trị có thể tương tác trực tiếp với ARS thông qua website này hoặc sử dụng giao diện dòng lệnh (voms-admin client). Hình 3- 12: Giao diện Web và dòng lệnh cho quản trị VO. 3.2.3. Phân quyền người dùng trong VOMS. 3.2.3.1 Danh sách điều khiển truy cập. Toàn bộ các tác vụ quản trị của ARS đều dựa trên quy trình chứng thực X509 và cấp quyền từ VOMS-Admin Authorization framework. Người quản trị muốn thực hiện các thao tác thêm, sửa, xóa; nhất thiết phải có quyền tương ứng trên VO. Cụ thể, để xác định người dùng trong VO được phép làm gì, VOMS-Admin tổ chức danh sách điều khiển truy cập ACL (Access Control List). ACL bao gồm nhiều mục, mỗi mục là một cặp: chủ thể VO và quyền được phép. Chủ thể VO có thể là quản trị của VO, thành viên của VO, VOMS FQAN hoặc bất cứ người dùng có chứng thực nào. 65 Các quyền cơ bản của các chủ thể VO trong VOMS là: Quyền cơ bản Ý nghĩa CONTAINER_READ CONTAINER_WRITE Thao tác duyệt, thêm xóa nhóm và vai trò. Thêm, xóa người dùng. MEMBERSHIP_READ MEMBERSHIP_WRITE Quản lý thành viên trong nhóm, vai trò. ATTRIBUTES_READ ATTRIBUTES_WRITE Quản lý các thuộc tính của người dùng, nhóm, vai trò. ACL_READ ACL_WRITE ACL_DEFAULT Quản lý ACL và ACL mặc định của VO. REQUESTS_READ REQUESTS_WRITE Quản lý đăng ký, gia nhập nhóm, gán vai trò. Bảng 3-1: Các quyền cơ bản trong VOMS. Bên cạnh các ACL, trong mỗi nhóm còn có các ACL mặc định. Nó liên quan đến ACL của nhóm con và nhóm cha. Mặc định, khi các nhóm con được tạo ra, nó sẽ kế thừa ACL của nhóm cha. Khi người quản trị cần ACL của nhóm con khác với ACL của nhóm cha, Default ACL được thiết lập. Nhóm con sẽ kế thừa Default ACL của nhóm cha, thay vì ACL của nhóm cha. 3.2.3.2 Quyền thực hiện các tác vụ quản lý VO trong VOMS. Mọi thao tác trong quản lý VO đều căn cứ vào các quyền hạt nhân trên để tiến hành phân quyền. Khi một tác vụ được triệu gọi, các quyền của người triệu gọi sẽ được đưa ra, so sánh với các quyền cơ bản cần thiết để được phép thực hiện tác vụ. Nếu người dùng đủ quyền, tác vụ mới được thực hiện. Nếu không, tác vụ sẽ bị dừng. 66 Sau đây, ta sẽ đưa ra các tác vụ quản lý trong VOMS và các quyền cơ bản cần phải có để có thể thực hiện các tác vụ này. Để đơn giản, ta quy định một số ký hiệu: Tên Chú thích /vo Nhóm gốc trong VO (g,R) Chủ thể trong VO có vai trò R trong tổ chức g (g→ g’) Tất cả các nhóm từ nhóm g đến nhóm g’ trong VO parent(g) Nhóm cha của nhóm g R Quyền đọc W Quyền ghi D Quyền mặc định (dùng cho ACL) C: Quyền với nhóm, vai trò. M: Quyền với thành viên Atts: Quyền với thuộc tính Acl: Quyền với Acl Req: Quyền với quản lý đăng ký Bảng 3-2: Bảng ký hiệu các khái niệm trong VO. 67 Các tác vụ quản lý VO và các quyền cần thiết để thực hiện nó là: Tác vụ Quyền cần thiết Tạo/ Xóa người dùng (/vo,C:rw M:rw) Tạo/ Xóa nhóm (/vo, C:rw) (/vo → parent(parent(g)), C:r) (parent(g), C:rw) Liệt kê nhóm con (/vo → g, C:r) Tạo/ Xóa vai trò (/vo, C:rw) Liệt kê vai trò (/vo, C:r) Thêm/ Bớt thành viên trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, M:rw) Liệt kê các thành viên của nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, M:rw) Gán/ Bỏ vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), M:rw) Liệt kê các thành viên có vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), M:r) Tạo/ Xóa thuộc tính người dùng (/vo, Attrs:rw) Liệt kê các thuộc tính của người dùng (/vo, Attrs:r) Tạo/ Xóa thuộc tính của nhóm (/vo → parent(g) , C:r) (/vo, Attrs: rw) (g, Attrs:rw) Liệt kê các thuộc tính của nhóm (/vo → parent(g) , C:r) (/vo, Attrs: r) (g, Attrs:r) 68 Tạo/ Xóa các thuộc tính của vai trò. (/vo → parent (g) , C:r) (/vo, Attrs: rw) ((g,R), Attrs:rw) Liệt kê các thuộc tính của vai trò (/vo → parent(g) , C:r) (/vo, Attrs: r) ((g,R), Attrs:r) Sửa ACL của nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, Acl:rw) Xem ACL của nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, Acl:r) Sửa ACL của vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), Acl:rw) Xem ACL của vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), Acl:r) Sửa ACL mặc định của nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, Acl:rwd) Xem ACL mặc định của nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) (g, Acl:rd) Sửa ACL mặc định của vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), Acl:rwd) Xem ACL mặc định của vai trò R trong nhóm g (/vo → parent(g) , C:r) ((g,R), Acl:rd) Bảng 3-3: Các tác vụ trong quản trị VO và các quyền yêu cầu. 69 3.3. DỊCH VỤ TẠO DANH SÁCH TRUY CẬP EDG-MKGRIDMAP. Đối với người dùng mới trên lưới tính toán, sau khi hoàn thành bước đăng ký và được chấp nhận là thành viên của lưới, họ có quyền yêu cầu tài nguyên để thực hiện các bài toán trên lưới. Trên các máy thực thi, làm thế nào để có thể nhận biết người dùng lưới này có quyền sử dụng tài nguyên hay không, nếu có thì quyền hạn của họ đến đâu. Dịch vụ EDG-MKGRIDMAP là một công cụ cho phép kết nối VO với RP hay là người dùng với tài nguyên. EDG-MKGRIDMAP là một perl script, được phát triển bởi European Datagrid. Nhiệm vụ của EDG-MKGRIDMAP (EDG Make Gridmap) là tương tác với các dịch vụ quản lý người dùng ở mức trên như VOMS, LDAP và sinh ra các tệp gridmap theo yêu cầu. Cụ thể, EDG-MKGRIDMAP thiết lập kênh thông tin an toàn với VOMS server, sau đó nó lấy các thông tin về người dùng trong VO. Trên các máy thực thi, người quản trị tác động vào EDG-MKGRIDMAP chính sách tài nguyên cục bộ của mình. Chính sách này dựa trên các thỏa thuận với VO về tài nguyên đóng góp, sẽ quy định các quyền hạn định của người dùng lưới trên tài nguyên của họ. Quy định này được thực thi qua 2 bước. Bước thứ nhất là tạo ra các tài khoản cục bộ cần dùng và quy định quyền sử dụng tài nguyên đóng góp cho các tài khoản cục bộ đó. Bước tiếp theo là quy định các người dùng trên VO sẽ được gắn vào tài khoản nào. Các chính sách sử dụng cục bộ này, kết hợp với danh sách các người dùng trong VO được truy xuất lúc hoạt động sẽ là đầu vào của quá trình tạo ra các tệp ánh xạ gridmap. Đầu ra của quá trình được các dịch vụ lưới sử dụng để kiểm tra quyền. Có rất nhiều công cụ giống như EDG-MKGRIDMAP, ví dụ GUMS, nhưng EDG-MKGRIDMAP vẫn được sử dụng rộng rãi và phổ biến. Tuy quá trình ánh xạ còn cứng nhắc, không hỗ trợ cơ chế ánh xạ động, nhưng nhờ tính đơn giản, gọn nhẹ, dễ sử dụng; EDG-MKGRDIMAP hiện tại là một dịch vụ không thể tách rời trong cộng đồng lưới LCG/EGEE… 70 Chương 4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 4.1. HỆ THỐNG QUẢN LÝ NGƯỜI DÙNG LƯỚI TÍNH TOÁN Tác giả đã tham gia cùng nhóm nghiên cứu lưới AGP, thuộc trung tâm tính toán hiệu năng cao HPCC (Đại Học Bách Khoa Hà Nội) để thiết kế và xây dựng thành phần bảo vệ cho hệ thống lưới tìm kiếm và so khớp tài liệu điện tử GOODAS (Grid Oriented Online Document Analysing System). GOODAS là một hệ thống lưới phục vụ chia sẻ, tra cứu trong công tác nghiên cứu và giảng dạy và so khớp tài liệu liên trường nhằm phòng chống gian lận. Hệ thống được triển khai thử nghiệm trên hệ thống lưới dữ liệu cục bộ của Trung tâm tính toán hiệu năng cao (Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội). Lưới cục bộ bao gồm 10 máy desktop để bàn có cấu hình Pentium D 2.8GHz, bộ nhớ RAM 1,5GB, ổ cứng 80GB. Middleware để kết nối các máy trên với nhau là Globus Toolkit 4, version 4.2.1. Hệ điều hành sử dụng Fedora 11. Máy chủ thông tin triển khai VOMS là máy chủ bkluster. An toàn bảo mật cho hệ thống gồm 2 thành phần: quản lý đăng lý lưới và phân quyền trên VO; quản lý người dùng và giấy uỷ nhiệm trên cổng điện tử lưới. Vì vậy, hệ thống thử nghiệm sẽ thiết đặt 1 VOMS Server để quản lý VO và quản trị tham gia lưới. Một máy chủ khác sẽ phục vụ cho cổng điện tử lưới, quản lý người dùng và giấy uỷ nhiệm lưới, đồng thời thiết lập kiểm soát truy nhập tài nguyên lưới qua cổng điện tử. 10 máy desktop trong lưới dữ liệu sẽ đóng vai trò là các RP, sẽ triển khai dịch vụ ánh xạ. Hướng dẫn chi tiết triển khai dịch vụ quản lý thông tin người dùng VOMS trên cấp độ VO ở máy chủ thông tin Information Server BKLUSTER và dịch vụ ánh xạ EDG-MKGRIDMAP trên 10 máy desktop trong lưới, xem trong phần PHỤ LỤC: CÀI ĐẶT VOMS VÀ EDG-MKGRIDMAP. Phần triển khai cổng điện tử và dịch vụ quản lý giấy uỷ nhiệm được trình bày ở các phần sau. 71 4.1.1. Giới thiệu hệ thống GOODAS. Vấn đề quản lý các tài liệu điện tử phân tán trên mạng đặt ra nhiều thách thức như quản lý tài nguyên động, các yêu cầu an toàn bảo mật và chia sẻ. Hệ thống GOODAS ra đời, dựa trên việc kết hợp của công nghệ tính toán lưới và mô hình tổ chức ảo, nhằm tạo ra một lưới dữ liệu về chia sẻ và quản lý các tài liệu điện tử phân tán giữa các trường đại học và trên phạm vi quốc gia. Hệ thống GOODAS được xây dựng theo kiến trúc phân tầng, các thành phần đều hướng dịch vụ và phục vụ các yêu cầu cụ thể. Các điểm mạnh của hệ thống là tính khả mở, tính thân thiện và duy trì hạ tầng an toàn bảo mật lưới trong suốt với người dùng. Hình 4- 1: Kiến trúc hệ thống GOODAS - Tầng tài nguyên: là các hệ thống lưu trữ, hệ thống máy tính và hạ tầng mạng có hiệu năng tính toán cao. - Tầng trung gian: bao gồm hạ tầng an toàn bảo mật lưới GSI, các dịch vụ truyền file, sao lưu dữ liệu, khám phá tài nguyên và dịch vụ quản lý giấy uỷ nhiệm. 72 - Tầng dịch vụ ứng dụng: tầng dịch vụ ứng dụng cung cấp các dịch vụ lưới hướng ứng dụng & hướng người dùng, nhằm tận dụng sức mạnh mà hạ tầng lưới mang lại. Trong phạm vi hệ thống quản lý tài liệu điện tử, tầng ứng dụng triển khai các dịch vụ tiện ích như quản lý tài liệu, tìm kiếm, đánh chỉ mục, so khớp văn bản. - Tầng trình diễn: chính là cổng điện tử lưới (Cổng điện tử lưới), cung cấp các khả năng truy cập để sử dụng dịch vụ và tài nguyên lưới. Cổng điện tử lưới làm trong suốt sự phức tạp của lưới tới người dùng, và là sự lựa chọn cho hầu hết các lưới dữ liệu lớn trên thế giới hiện nay. Hình 4-2 minh hoạ mô hình triển khai của hệ thống: Hình 4- 2: Mô hình triển khai hệ thống GOODAS 73 Người dùng truy cập hệ thống thông qua portal của các trường và thực hiện các yêu cầu như tìm kiếm, so khớp văn bản…Với mỗi yêu cầu của người dùng, site cục bộ sẽ liên hệ với Dịch vụ Giám sát & quản lý thông tin để lấy về thông tin các site khác trên hệ thống & đồng thời gửi các yêu cầu xử lý (như tìm kiếm hay so khớp một văn bản) tới các site đó. Sau khi nhận được kết quả từ các site khác, site cục bộ phải tổng hợp kết quả và trả về cho người dùng qua portal. Việc tổng hợp kết quả cần phải có các thông tin về dữ liệu mô tả từ các site, được cung cấp bởi Dịch vụ siêu dữ liệu mô tả từ Information Server. 4.1.2. Mô hình bảo mật cho GOODAS. Thiết kế mô hình bảo mật cho hệ thống GOODAS phải duy trì an toàn bảo mật cho hạ tầng lưới, nhưng phải bảo đảm tính trong suốt và thân thiện với người dùng. Giải pháp được lựa chọn là việc kết hợp giữa quản lý người dùng lưới với quản lý người dùng portal và ứng dụng tổ chức ảo VO. Hình 4- 3: Mô hình bảo mật cho GOODAS 74 Mô hình bảo vệ thông tin bao gồm các thành phần sau đây: Nhà cung cấp chứng chỉ số (Online CA): cấp phát và kiểm tra các chứng chỉ số theo chuẩn X509 cho người dùng lưới. Có rất nhiều nhà cung cấp chứng chỉ số khác nhau, tuỳ theo mục đích sử dụng và thiết lập hạ tầng an toàn bảo mật của các hệ thống tính toán lưới. Nhà cung cấp chứng chỉ My Proxy CA và Simple CA thường được dùng phổ biến trong các lưới nghiên cứu. Dịch vụ quản lý giấy uỷ nhiệm (Credential Management): giải pháp quản lý giấy uỷ nhiệm được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống tính toán lưới hiện đại ngày nay. Dịch vụ bao gồm kho lưu trữ giấy uỷ nhiệm (Credential Repository) và một nhà chứng thực thẩm quyền trực tuyến (MyProxy CA) để cho phép người dùng lấy lại các giấy uỷ nhiệm lưới khi cần. Hệ thống quản lý tổ chức ảo (VO Management): cung cấp các giấy uỷ nhiệm mở rộng, có thêm các thuộc tính phân quyền của VO cho cổng điện tử lưới. Ngoài ra hệ thống cung cấp một giao diện quản trị riêng cho phép VO đăng ký gia nhập lưới và quản lý các VO qua giao diện web. Cổng điện tử lưới (VO Portal): có khả năng truy suất các giấy uỷ nhiệm của VOMS hay My Proxy CA từ kho lưu trữ MyProxy. Các giấy giấy uỷ nhiệm này được sử dụng cho các dịch vụ lưới có yêu cầu hạ tầng an toàn bảo mật lưới GSI 4.2. THÀNH PHẦN QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO Thành phần này cho phép phân nhóm người dùng, gán vai trò, xác định quyền truy nhập đến các dịch vụ của hệ thống. Ngoài ra mođun còn có chức năng quản lý các tổ chức ảo cho cho phép người dùng đăng ký gia nhập VO. 4.2.1. Sử dụng VOMS. 2 loại người dùng chính tương tác với dịch vụ quản lý tổ chức ảo VOMS là người dùng lưới và người quản trị của VO. Người dùng lưới thông qua VOMS để đăng ký gia nhập VO và xin các chứng nhận sử dụng lưới. Người quản trị VO thực hiện các công việc quản lý người dùng, nhóm, vai trò, đăng ký thành viên cho VO. 75 4.2.1.1 Người dùng lưới và VOMS. Người dùng lưới thông qua VOMS để đăng ký gia nhập VO và xin các chứng nhận sử dụng lưới. Quy trình đăng ký được thực hiện trên giao diện Website VOMS-Admin. Quy trình xin chứng nhận được thực hiện với VOMS client. a) Quy trình đăng ký lưới. Để có thể đăng ký dùng lưới, người dùng phải có chứng chỉ số được cấp bởi nhà cung cấp chứng chỉ số CA (được VOMS GOODAS tin tưởng). Hiện tại, GOODAS tin tưởng bởi các nhà cung cấp AGP Globus Simple CA và HaNoi CA. Các bước cần thực hiện để gia nhập VO là: 1/. Người dùng sở hữu chứng chỉ số của các CA được VOMS Server tín nhận. Người dùng truy cập web admin của VOMS Server, cung cấp 1 số thông tin cá nhân, đồng ý với các điều khoản sử dụng lưới của VO và nộp đơn xin gia nhập. - Chuẩn bị các chứng chỉ số: cần phải thiết lập hạ tầng an toàn thông tin GSI của Globus Toolkit với các chứng chỉ lưới hợp lệ. Hình 4- 4: Các giấy chứng nhận lưới - Các chứng nhận định dạng PEM không được trình duyệt hỗ trợ. Vì vậy, chuyển chúng sang định dạng được chấp nhận pkcs12. $openssl pkcs12 -export -in usercert.pem -inkey userkey.pem -out usercert.p12 Enter Export Password: Verifying - Enter Export Password: - Người dùng nhập các chứng nhận định dạng pkcs12 vào trình duyệt. - Truy cập VOMS-Admin GOODAS tại địa chỉ: https://bkluster.hut.edu.vn:9443/voms/GOODAS, cung cấp các thông tin cần thiết. 76
Đầu tiên, người dùng xác thực chứng nhận của GOODAS VOMS Server.
GOODAS VOMS server xác thực lại chứng nhận của người dùng.
Sau khi quá trình xác thực lẫn nhau thành công, người dùng đến trang đăng ký và điền đầy đủ các thông tin. 2/. Một email được gửi tới hòm thư của người dùng. Người dùng nhận được email, lựa chọn đồng ý tiếp tục quá trình đăng ký. - Thông báo đã gửi email xác nhận tới cho người dùng. Hình 4- 5: Chờ đơn xét duyệt của người quản trị VO 3/. Người dùng chờ quyết định từ VO-Admin xem xét đơn gia nhập VO. Một email thông báo sẽ được gửi tới người dùng khi có kết quả xét duyệt của người quản trị VO. - Người quản trị nhận được thông báo có đơn gia nhập VO mới. Hình 4- 6: Email thông báo có người đăng ký lưới mới cho VO Admin. 77 - Người quản trị tiến hành xét duyệt đơn đăng ký. Hình 4- 7: Người quản trị duyệt đơn đăng ký - Dù được người quản trị VO đồng ý hay chấp nhận, một email sẽ được thông báo cho người dùng. b) Quy trình xin chứng nhận sử dụng lưới. Sau khi ho