網(wǎng)格計(jì)算作為新一代的分布式計(jì)算方法，與傳統(tǒng)分布式計(jì)算的主要區(qū)別在于在沒有集中控制機(jī)制的情況下，通過對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行大規(guī)模共享，滿足應(yīng)用對(duì)高性能計(jì)算要求，并且這種對(duì)計(jì)算資源進(jìn)行大規(guī)模共享是動(dòng)態(tài)的、柔性的、安全的和協(xié)作式的。
網(wǎng)格安全問題是網(wǎng)格計(jì)算中的一個(gè)核心問題。我們都知道，安全與便利是一對(duì)矛盾的結(jié)合體。因?yàn)樵诒ＷC網(wǎng)格計(jì)算安全性的同時(shí)，還必須要盡量方便用戶和各種服務(wù)的交互與使用。在設(shè)計(jì)網(wǎng)格安全機(jī)制時(shí)特別要考慮網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的動(dòng)態(tài)主體特征及復(fù)雜性。要保證網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中不同主體之間的相互鑒別和各主體間通信的保密性和完整性。基于以上原因，在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中，安全問題比一般意義上的網(wǎng)絡(luò)安全問題的覆蓋面更廣。在網(wǎng)格環(huán)境中，客戶機(jī)位于不同的地理空間和組織，為保證網(wǎng)格實(shí)體（用戶、資源和程序）之間的通信安全、防止篡改、實(shí)現(xiàn)組織中安全機(jī)制方面的互操作性。就需要具備有一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)格安全基礎(chǔ)設(shè)施，GSI（Grid Security Infrastructure）正是一個(gè)解決網(wǎng)格計(jì)算中安全問題的一個(gè)集成方案。
信息技術(shù)及其基礎(chǔ)設(shè)施是希望人們處理日常任務(wù)變得更加高效。而這些任務(wù)的完成在某種程度上依賴于和其他人的協(xié)作。網(wǎng)格技術(shù)就是在這種狀況下應(yīng)運(yùn)而生的。任何網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，安全性是一個(gè)非常重要的問題。GSI是一個(gè)解決網(wǎng)格計(jì)算中安全問題的一個(gè)集成方案。本文針對(duì)GSI所涉及到的安全技術(shù)、安全策略、安全體系結(jié)構(gòu)及安全認(rèn)證方案進(jìn)行了分析與介紹。
圖 GSI認(rèn)證中B對(duì)A認(rèn)證
GSI方案提供網(wǎng)格環(huán)境認(rèn)證
GSI為網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境提供了一系列的安全協(xié)議、安全服務(wù)、安全SDK和命令行程序。GSI可以提供在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的安全認(rèn)證，支持網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中主體之間的安全通信，防止主體假冒和數(shù)據(jù)泄密；為網(wǎng)格通信提供保密性、完整性和回放保護(hù)，及為網(wǎng)格用戶提供單點(diǎn)登錄和權(quán)限委托的能力。另外，GSI還可以用來(lái)對(duì)網(wǎng)格實(shí)體的身份進(jìn)行驗(yàn)證，來(lái)確定該實(shí)體允許執(zhí)行哪些操作。這些安全技術(shù)都能有效地保證網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境的安全性和方便性。
GSI是保證網(wǎng)格計(jì)算安全性的核心。它支持用戶代理、資源代理、認(rèn)證機(jī)構(gòu)和協(xié)議的實(shí)現(xiàn)。它向上提供一系列的安全協(xié)議，向下支持各種安全機(jī)制和技術(shù)。GSI采用GSS－API（Generic Security Service application programming interface） 作為其安全編程接口。提供了通用的安全服務(wù)，支持應(yīng)用程序在源碼級(jí)的可移植性。它在面向主體間安全鑒別和安全通信操作基礎(chǔ)上，提供獲得證書、執(zhí)行安全鑒別、簽署消息和加密消息等功能。
GSI的實(shí)現(xiàn)符合IETF提出的用于安全系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)（GSS-API），它主要集中在網(wǎng)絡(luò)的傳輸層和應(yīng)用層，并強(qiáng)調(diào)與現(xiàn)有分布式安全技術(shù)的融合。在公鑰加密體系的基礎(chǔ)上，充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，對(duì)某些功能進(jìn)行擴(kuò)展，使得GSI可以支持單點(diǎn)登錄。從而，在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境下提供一個(gè)一致的安全性界面，方便了網(wǎng)格的開發(fā)和使用。
實(shí)施網(wǎng)格安全策略必須集中于域間相互作用和映射域間操作。對(duì)單一信任域內(nèi)的操作可通過Kerberos 和SSH方法。對(duì)每個(gè)信任域，都要有一個(gè)從全局到局部主體的映像。位于不同信任域的實(shí)體間的操作要求相互鑒別。一個(gè)被鑒別的全局主體映像為一個(gè)局部主體時(shí)，被看作等同于局部主體的本地認(rèn)證。在一個(gè)通用的計(jì)算環(huán)境中，主體和對(duì)象必須包含組內(nèi)所有計(jì)算的實(shí)體。一個(gè)計(jì)算包括許多過程，每個(gè)過程代表一個(gè)用戶。其中對(duì)象包括可用于網(wǎng)格環(huán)境中的大范圍的資源。
基于GSI的安全策略是通過通用安全服務(wù)編程接口GSS-API、安全認(rèn)證管理和用戶代理的實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面來(lái)體現(xiàn)的。在GSI中，著重解決的是安全的認(rèn)證問題。
GSI通過創(chuàng)建用戶代理、代理分配資源、進(jìn)程分配資源、映射權(quán)限四種安全操作協(xié)議，充分體現(xiàn)了網(wǎng)格的解決方案。全局命名（證書）和代理證書使得用戶對(duì)所有的訪問資源只進(jìn)行一次認(rèn)證。代理證書和委托技術(shù)允許一個(gè)進(jìn)程來(lái)代表用戶訪問資源。在GSI的安全策略和單一登錄機(jī)制的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)網(wǎng)格安全體系，該體系結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了用戶、資源和過程的鑒別，它支持用戶到資源、資源到過程、過程到資源、過程到過程的鑒別。及與本地策略的相互協(xié)作及對(duì)不同資源的動(dòng)態(tài)請(qǐng)求。
GSI的安全認(rèn)證
安全認(rèn)證是對(duì)請(qǐng)求者與接受者雙方進(jìn)行身份驗(yàn)證的一個(gè)過程，是在SSL上進(jìn)行的一個(gè)成功的安全認(rèn)證，可以校驗(yàn)一個(gè)請(qǐng)求連接的合法性，并為其后的雙方通信提供一個(gè)會(huì)話密鑰。GSI的安全認(rèn)證是基于用戶的私鑰創(chuàng)建一個(gè)代理，從而為用戶提供認(rèn)證方法。用戶如果沒有創(chuàng)建這個(gè)代理，就不能提交作業(yè)，也不能傳輸數(shù)據(jù)。
GSI認(rèn)證（certificates）的一個(gè)關(guān)鍵是認(rèn)證證書。在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中的每個(gè)用戶和服務(wù)都需要通過認(rèn)證證書來(lái)驗(yàn)證身份，GSI證書采用了X.509的證書格式。主體名稱（subject name）是用來(lái)明確認(rèn)證證書所表示的人或其它對(duì)象。主體的公鑰（public key）來(lái)自于X.509 認(rèn)證簽署證書的認(rèn)證中心。標(biāo)識(shí)則記錄了認(rèn)證中心的名稱。簽署證書的認(rèn)證中心的數(shù)字簽名是可用來(lái)確認(rèn)認(rèn)證中心的合法性。
在相互認(rèn)證進(jìn)行之前，雙方要相信彼此的認(rèn)證中心。雙方有彼此認(rèn)證中心自身的證書，就可以確保雙方由認(rèn)證中心簽署的證書具有合法性。雙方主體都獲得了證書，而且都信任彼此的認(rèn)證中心后，則雙方可相互明確彼此的身份，這就是相互鑒別（mutual authentication）的過程。GSI采用SSL（ Secure Sockets Layer）協(xié)議作為它的相互認(rèn)證協(xié)議。
認(rèn)證是安全通信基礎(chǔ)
網(wǎng)格安全問題是網(wǎng)格計(jì)算中的核心問題。網(wǎng)格計(jì)算的特點(diǎn)是網(wǎng)格計(jì)算會(huì)將現(xiàn)有的各種標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議有機(jī)地融合起來(lái)，從而在網(wǎng)格計(jì)算中將協(xié)議和技術(shù)集成起來(lái)。網(wǎng)格系統(tǒng)和應(yīng)用中的每個(gè)用戶和服務(wù)，要求所有的安全標(biāo)準(zhǔn)，包括安全認(rèn)證、安全身份相互鑒別、通信加密以、私鑰保護(hù)及委托與單點(diǎn)登錄，都能在網(wǎng)格計(jì)算環(huán)境中通過認(rèn)證證書來(lái)驗(yàn)證身份。提供一個(gè)較好的認(rèn)證解決方案，可以使用戶，包含用戶計(jì)算的過程以及該過程使用的資源都可以證明彼此的身份。
認(rèn)證是形成安全政策的基礎(chǔ)，它可以使各個(gè)局部安全策略都被集成為一個(gè)全局的框架。從而更加有利于網(wǎng)格實(shí)體之間實(shí)現(xiàn)安全的通信。
