Nghiên cứu việc đảm bảo an toàn thông tin Các chính sách bảo đảm an ninh cho hệ thống lưới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN VĂN TRUNG

NGUYỄN VĂN TRUNG

NGHIÊN CỨU VIỆC ĐẢM BẢO AN TOÀN
THÔNG TIN TRONG HỆ THỐNG TÍNH
TOÁN LƯỚI

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến

Hà Nội - 2015
Hà Nội - 2015

1

2


2.3.3. Minh họa cài đặt cơ chế an toàn bảo mật cho dịch vụ GRAM. .............. 47
CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO ................................... 50
3.1. TỔ CHỨC ẢO. ........................................................................................... 50
3.1.1. Khái niệm tổ chức ảo. ........................................................................... 50 3.1.2. Tổ
chức ảo và tài nguyên lưới. .............................................................. 51
3.1.3. Thông tin người dùng trong tổ chức ảo. ................................................ 53
3.1.3.1 Cấu trúc tổ chức ảo. ........................................................................ 53
3.1.3.2 Thông tin người dùng. ..................................................................... 54
3.1.3.3 Định dạng thông tin VO. ................................................................. 55
3.1.3.4 Thông tin về các quyền người dùng với RP. .................................... 55
3.2. HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO. ..................................................... 56
3.2.1. Người dùng với VOMS. ......................................................................... 57
3.2.1.1 Người dùng lưới với VOMS. ........................................................... 57
3.2.1.2 Người quản trị với VOMS ............................................................... 60
3.2.2. Dịch vụ VOMS. ..................................................................................... 61
3.2.2.1 Dịch vụ sinh thuộc tính AAS. .......................................................... 62
3.2.2.2 Dịch vụ đăng ký & quản trị ARS. .................................................... 63
3.2.3. Phân quyền người dùng trong VOMS. .................................................. 64
3.2.3.1 Danh sách điều khiển truy cập. ........................................................ 64
3.2.3.2 Quyền thực hiện các tác vụ quản lý VO trong VOMS. .................... 65
3.3. DỊCH VỤ TẠO DANH SÁCH TRUY CẬP EDG-MKGRIDMAP. ............. 69

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

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

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

4.3. THÀNH PHẦN QUẢN LÝ GIẤY UỶ NHIỆM ........................................... 86
4.3.1. Cổng điện tử lưới. ................................................................................. 86
4.3.1. Mô hình uỷ quyền truy nhập trên cổng điện tử lưới. .............................. 88
4.3.3. Dịch vụ quản lý giấy uỷ nhiệm. ............................................................. 89 4.4
MỘT SỐ HANB CHÊC CỦA VOMS. ............................................................... 92

2.3. BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0. ................................................... 41
2.3.1. Thành phần chính của Globus Toolkit. ................................................. 41
2.3.2. An toàn bảo mật trong Globus Toolkit. ................................................. 45

3

4


4.4.1 Hạn chế của VOMS. .............................................................................. 92 4.4.2 Hạn

chế của EDG-MKGRIDMAP. ........................................................ 93
4.5. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA VOMS .......................................................... 94
4.5.1 VOMRS kết hợp cùng VOMS. ................................................................ 94
4.5.1.1 Tổng quan về VOMRS. ................................................................... 94

DANH MỤC THUẬT NGỮ
Từ viết tắt
AAS

Nghĩa tiếng Anh
Attribute Authority Service

Chú giải
Dịch vụ phân quyên thuộc tính

AC

Attribute Certificate

Chứng nhận thuộc tính

ACL

Access Control Lists

Danh sách điều khiển quyền truy cập

ARS

Dịch vụ đăng ký và quản trị

CA

Administration and
Registration Service
Certificate Authority

CAS

Community Authorization

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

DN
Distinguished Name

EDGEDG Make Gridmap
MKGRIDMAP
FTP
GOODAS

GRAM
GRIM
GSI
GSS-API

GT

GUMS
LMJFS
MJS

5

File Transfer Protocol
Grid Oriented Online
Document Analysing
System
Globus Resource
Allocation Management
Grid Resource Identity
Mapper
Grid Security infrastructure
Generic Security Service
Application Program
Interface

Globus Toolkit

Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ
số
Dịch vụ thẩm quyền cộng đồng
Tên phân biệt người dùng trong lưới
Công cụ tự động ánh xạ người dụng
cục bộ và người dùng thuộc VO.
Giao thức truyền file qua mạng TCP
Hệ thống lưới tìm kiếm và so khớp tài
liệu điện tử
Quản lý định vị tài nguyên lưới
Ánh xạ thực thể tài nguyên lưới
Hạ tầng an toàn thông tin lưới
Giao diện lập trình ứng dụng dịch vụ
bảo mật chung
Bộ công cụ được phát triển bởi
Globus Alliance, dùng để phát triển
các ứng dụng lưới

Grid User Management
Hệ thống quản lý người dùng lưới
System
Local Managed Job Factory Dịch vụ sinh MJS địa phương
Services
Managed Job Service
Dịch vụ quản lý công việc

6

MMJFS
OGSA
PKI

Master Managed Job
Factory Service
Open Grid Service
Architecture
Public Key Infrastructure

PRIMA

PRivilige Management and
Authorization

RP
SAML

Resource Provider
Security Assertion Markup
Language
Service Oriented

SOA

tâm nghiên cứu và các tổ chức trên thế giới đang áp dụng và triển khai công nghệ này

Trình chủ sinh MJS

vào thực tiễn, mở ra các khả năng mới trong lĩnh vực công nghệ thông tin cũng như
Kiến trúc dịch vụ lưới

các lĩnh vực khác.

Hạ tầng khóa công khai

Do đặc điểm đa dạng và không đồng nhất của các tổ chức và tài nguyên trong

Dịch vụ quản lý ưu tiên và phân
quyền
Nhà cung cấp tài nguyên
Ngôn ngữ đánh dấu liên kết an toàn

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

Kiến trúc hướng dịch vụ

nhập giữa các miền khác nhau.

Architecture

Một vấn đề quan trọng đặt ra trong nghiên cứu an toàn bảo mật trên lưới là việc

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

Giải pháp được phát triển trong lưới tìm kiếm và so khớp tài liệu điện tử liên trường

VO
VOMRS

Virtual Organization
Virtual Organization
Management Registration
Service
Virtual
Organization
Membership Service
Web Service
Web Service Deployment

Tổ chức ảo

Dịch vụ quản lý đăng ký tổ chức ảo

GOODAS. Hệ thống lưới được phát triển tại trung tâm tính toán hiệu năng cao (HPCC)

SOAP

Simple Object Acess

VOMS
WS
WSDD

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.

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

Dịch vụ thành viên tổ chức ảo

Chương II: Nền tảng an toàn thông tin lưới GSI Chương
III: Hệ thống quản lý tổ chức ảo

Dịch vụ web
Ngôn ngữ đặc tả dịch vụ Web

Chương IV: Kết quả thử nghiệm

Descriptor

WSRF

Kết luận, Phụ lục & Tài liệu tham khảo được trình bày ở phần cuối của luận

Web Services Resource
Framework

Framework đưa ra bởi GT4 hỗ trợ
kiến trúc lập trình mới

văn.

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết rằng nội dung của bản báo cáo này chưa được nộp cho bất kỳ

LỜI MỞ ĐẦU

một chương trình cấp bằng thạc sĩ nào cũng nhưu bất kỳ một chương trình cấp bằng

Hiện nay tính toán lưới đang nổi lên như một công nghệ nhiều hứa hẹn trong

nào khác.

tương lai, với khả năng tập hợp các nguồn tài nguyên nhàn rỗi, nhằm hướng tới các
mục tiêu về hiệu năng tính toán và khả năng chia sẻ, truyền thông dữ liệu. Nhiều trung

7

8

Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm nghiên cứu, tìm
hiểu của riêng cá nhân tôi. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình

Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn gia đình, bố, mẹ, vợ con tôi về sự hỗ trợ

bày hoặc là của cá nhân tôi hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài

không thể thiếu của họ. Tình yêu của họ, sự khích lệ, động viên, sự quan tâm, chăm

liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp.

sóc của họ đã giúp tôi vượt qua tất cả khó khăn để theo học chương trình và hoàn thiện
bản luận văn cuối khoá này. Tôi xin chân thành cảm ơn!

Chương 1.

Tôi xin hoàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời
cam đoan của mình.

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

Học viên

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.

Nguyễn Văn Trung
LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy giáo hướng dẫn
PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến về những ý kiến đóng góp về chuyên môn và sự động viên
khích lệ của thầy trong suốt quá trình làm nghiên cứu của tôi.

Tôi xin gửi lời cám ơn trân trọng tới GS.TS. Nguyễn Thanh Thủy, Giám đốc
Trung tâm Tính toán hiệu năng cao Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Thầy đã tạo
mọi điều kiện về cơ sở vật chất và tinh thần cho tôi trong quá trình nghiên cứu tại trung
tâm.

Tôi cũng xin được gửi tới Khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học Công

Hình 1-1: Tính toán lưới

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

- Định nghĩa 1:

tại đây.

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.
9

10

I. Foster, C. Kesselman (1999)

-

- Định nghĩa 2:

Vượt qua phạm vi một tổ chức: có nhiều trạm và các chính sách truy nhập có thể khác
nhau trên các trạm.

Tính toán lưới liên quan tới việc chia sẻ, điều phối tài nguyên và giải quyết vấn đề

Có thể hình dung đơn giản một lưới bao gồm một tập các tài nguyên đa dạng

trong phạm vi các tổ chức ảo.

(còn gọi là các nút lưới - có thể là PC, cluster, hệ thống lưu trữ, …) thuộc về nhiều tổ

I. Foster, C. Kesselman, S. Tuecke, “Anatomy of the Grid“(2000)
- Định nghĩa 3:

chức nhằm giải quyết một bài toán nào đó.

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

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

I. Foster‘s Three-Point Checklist (HPCWIRE - 22.07.2002).

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.

Mỗi tác giả khi đưa ra định nghĩa đều đứng trên một số quan niệm nhất định.
2/. Cung cấp khả năng xử lý song song

Chẳng hạn định nghĩa 1 bị ảnh hưởng một cách sâu sắc bởi các dự án siêu tính toán

Khả năng chạy ứng dụng song song là tính năng thú vị nhất mà tính toán lưới

(meta-computing) trước đó. Định nghĩa 2 tập trung vào sự quan trọng của các giao thức

mang lại. Lúc này, một công việc được chia thành nhiều công việc con, các công việc

như là phương tiện để tương tác giữa các thành phần, còn định nghĩa 3 “có thể sẽ thích

con này được thực hiện đồng thời trên các tài nguyên khác nhau của lưới. Do đó, thời

hợp hơn cho các nghiên cứu về lưới có qui mô rất lớn trong tương lai. Định nghĩa này

gian chạy ứng dụng sẽ được rút ngắn nhiều lần.

đã bỏ qua nhiều đóng góp từ các tổ chức công nghiệp, do đó có lẽ là không xác đáng”

Tuy nhiên, vấn đề là không phải ứng dụng nào cũng có thể triển khai theo cách

(W. Gentzsch, HPCWIRE 05.08.2002).

này được. Cần xem xét các yếu tố như khả năng song song hóa, sự trao đổi giữa các

Vì vậy, để có được một cái nhìn toàn diện về lưới, ta không đưa ra một định

công việc con khi chạy để đánh giá xem một ứng dụng có thực sự hiệu quả khi được

nghĩa cụ thể nào. Thay vào đó, chúng ta xem xét khái niệm lưới trên cơ sở các đặc

triển khai trên lưới hay không. 3/. Giúp hợp tác giữa các tổ chức

trưng sau:
-

Kích thước lớn: theo nghĩa số lượng các tài nguyên tiềm tàng và khoảng cách về mặt

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

địa lý giữa chúng.

tài nguyên như dữ liệu, các thiết bị đặc biệt.
-

Phân tán: có độ trễ đáng kể trong truyền dữ liệu và điều này có thể ảnh hưởng lớn đến
4/. Giúp truy nhập các tài nguyên khác:

ứng dụng.

Ngoài tài nguyên tính toán và lưu trữ, lưới còn cung cấp các loại tài nguyên khác,
-

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

chẳng hạn đường truyền mạng, các phần mềm đắt tiền. Ví dụ như nếu một người dùng

11

12


muốn tăng thông lượng kết nối tới Internet để thực hiện khai phá dữ liệu, anh ta có thể

Có 4 vấn đề cơ bản được quan tâm trong tính toán lưới [3], đó là:

tận dụng các kết nối Internet riêng biệt của các nút lưới khác để chạy bài toán trên.

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

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,

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

tránh tình trạng bị quá tải ở bất kì một nút nào.

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
Hình 1-2: Công việc được chuyển sang các nút ít bận hơn

trúc các tài nguyên, các dịch vụ có thể cung cấp trên lưới, trạng thái của toàn bộ môi
trường lưới.

6/. Mang lại độ tin cậy
Khái niệm tin cậy trong tính toán lưới được thể hiện ở các khía cạnh sau: một là,

4/. Quản lý dữ liệu (Data Management)

trong lưới có những tài nguyên tính toán đắt tiền, cung cấp độ tin cậy cao cho những bài

Việc truy cập các nguồn dữ liệu trên lưới đòi hỏi một khả năng trao đổi, tương

toán được thực hiện trên chúng. Hai là, lưới cung cấp khả năng lập lịch lại, phân bổ lại

tác với các dữ liệu có thể lên đến giga bytes hoặc hơn thế nữa. Điều này đòi hỏi tính toán

công việc nếu có lỗi xảy ra. Ba là, nếu cần, một công việc có thể được chạy đồng thời

lưới phải có các chiến lược lưu trữ cũng như tối ưu hóa các hệ thống lưu trữ.

trên nhiều nút, cho nên việc xảy ra lỗi ở một nút sẽ không làm ảnh hưởng đến kết quả

1.1.4. Kiến trúc của một lưới

của công việc đó.

Theo [4], một lưới bao gồm các thành phần sau:
1/. Tầng nền (Fabric)

1.1.3. Vấn đề cơ bản của một hệ thống lưới.

13

14


Bao gồm các tài nguyên phân tán, các tài nguyên này có thể có kiến trúc và tính chất rất

- Đăng nhập một lần:
Khi bắt đầu một tính toán đòi hỏi sử dụng tài nguyên, cho thuê tài nguyên hay

khác nhau.

truyền thông nội bộ, người dùng có thể được chứng thực, và sẽ không phải chứng thực

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,

trong các tính toán tiếp theo.

đăng ký và khám phá tài nguyên, bảo mật.

- Giấy ủy nhiệm người dùng:
Các mật khẩu, khóa bí mật phải được bảo vệ bằng các chính sách như mã hóa, hệ

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

thống file bảo mật, phân quyền,

tài nguyên nhằm lựa chọn các tài nguyên phù hợp và thực hiện công việc trên các tài

- Tích hợp các giải pháp an toàn thông tin địa phương:

nguyên đó.

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.

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

- Hạ tầng giấy ủy nhiệm, chứng chỉ số thống nhất:

điện tử lưới cung cấp giao diện Web cho các ứng dụng lưới, giúp người dùng có thể

Truy nhập liên miền đòi hỏi phải có một quy ước thống nhất để biểu diễn định

đệ trình công việc và tập hợp kết quả thông qua Web.

danh của các thực thể lưới như là người dùng, tài nguyên,... Vì thế, cần có một chuẩn

1.2. VẤN ĐỀ AN TOÀN THÔNG TIN TRONG TÍNH TOÁN LƯỚI

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.

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

- Hỗ trợ an toàn nhóm truyền thông:

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

Một tính toán có thể đòi hỏi một số các tiến trình, cùng cộng tác các hoạt động

toán song song đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán, dẫn tới nhu cầu phải thiết lập các

của chúng với nhau như là một nhóm. Tổ hợp các nhóm tiến trình sẽ thay đổi trong

mối quan hệ an toàn thông tin, không đơn giản chỉ là với client và server, mà giữa hàng

vòng đời của một tính toán. Vì thế, cần cung cấp an toàn truyền thông nhóm động.

trăm tiến trình thực hiện trong không gian tập hợp nhiều miền quản trị. Ngoài ra, cần

Không có giải pháp nào hiện tại hỗ trợ tính năng này, thậm chí là thư viện lập trình

phải có các chính sách an toàn thông tin liên miền cho lưới, các công nghệ điều khiển

GSS-API còn không cung cấp an toàn truyền thông nhóm.

truy nhập giữa các miền khác nhau cũng phải được hỗ trợ.

- Độc lập công nghệ:

Các ứng dụng và hệ thống lưới có thể đòi hỏi bất cứ chức năng nào trong các

Các chính sách không phục vụ cho một công nghệ phát triển ứng dụng cụ thể

chức năng cơ bản của an toàn thông tin như là: chứng thực, điều khiển truy nhập, và

nào. Hơn nữa, có thể cài đặt các chính sách trong một phạm vi các công nghệ an toàn

toàn vẹn. Khi phát triển kiến trúc lưới, cũng cần phải lựa chọn giải pháp để đáp ứng

thông tin, dựa trên cả kĩ thuật mã hóa công khai và phân phối khóa công khai.

được đòi hỏi của các đặc tính rất riêng của lưới:
1.2.1. Các thách thức an toàn trong Tính toán lưới.
15

16


Các yêu cầu an toàn lưới ở trên được định hướng để cung cấp các tổ chức ảo

mở rộng trong một miền tin tưởng ổn định lâu dài, để cho phép chia sẻ tài nguyên và sử

phân tán, rộng lớn để chia sẻ và sử dụng các nguồn tài nguyên đa dạng trong một mô

dụng. Giải pháp tải chồng các chính sách dẫn tới các chức năng chủ yếu sau mà lưới

hình thống nhất. Tuy nhiên, các tài nguyên cũng như các thành phần khác tham gia lưới

phải thực hiện:

lại bị quản lý bởi các nội quy và các chính sách của một tổ chức truyền thống mà chúng

- Hỗ trợ nhiều cơ chế an toàn khác nhau:

là thành viên. Do vậy, để các tổ chức ảo truy nhập vào các tài nguyên trong các tổ chức

Các miền tài nguyên hay các tổ chức ảo thường đã có sự đầu tư đáng kể trong

truyền thống, chúng phải được thiết lập và cộng tác qua mối quan hệ tin tưởng hai bên,

các cơ chế và cơ sở hạ tầng an toàn thông tin của địa phương họ. Do vậy mà thách

tồn tại giữa người dùng với các tổ chức truyền thống của họ và mối quan hệ giữa người

thức lớn nhất chính là phải liên kết các công nghệ an toàn thông tin trên các địa phương

dùng với các tổ chức ảo. Chúng ta không thể thiết lập quan hệ tin tưởng trực tiếp giữa

hơn là thay thế toàn bộ nó, như thế sẽ rất tốn kém và hoàn toàn không có tính kế thừa.

các tổ chức truyền thống với tổ chức ảo hay các thành viên mở rộng của nó.
- Khởi tạo động các dịch vụ:
Cơ chế an toàn lưới giải quyết các trở ngại này bằng cách cho phép có một tổ

Người dùng có thể khởi tạo ra các dịch vụ mới mà không cần có sự can thiệp

chức ảo thống nhất chung một phần chính sách của các tổ chức truyền thống (policy

của nhà quản trị, ngoài ra các dịch vụ này còn có thể tương tác với nhau. Như vậy là

domain overlay).

phải có cơ chế định danh các thực thể lưới, cấp quyền cho các dịch vụ mà không ảnh
hưởng tới các cơ chế bảo mật điạ phương. Một ví dụ trong cơ sở hạ tầng GSI, khi một
dịch vụ lưới cung cấp cho người dùng, các định danh về người dùng sử dụng dịch vụ,

định danh của dịch vụ, định danh của hệ thống mà dịch vụ đăng ký trên đó đều được
xác định rõ ràng.
- Thiết lập động các miền chứng thực tin tưởng (trust domain):
Việc chứng thực không chỉ được thiết lập giữa người dùng và tài nguyên trong
một tổ chức ảo mà còn mở rộng giữa các tổ chức ảo với nhau. Như vậy đòi hỏi phải
có một mô hình an toàn thông tin hướng người dùng (user-driven security model), cho
phép người dùng tạo ra các thực thể và các miền chính sách để liên kết tài nguyên
trong các tổ chức ảo.

1.2.2. Các chính sách bảo đảm an ninh cho hệ thống lưới
Bảo vệ CSDL tránh khỏi những hiểm hoạ có nghĩa là bảo vệ dữ liệu trong CSDL,

Hình 1-3: Miền tin tưởng chung của tổ chức ảo.

tránh khỏi việc truy cập không hợp lệ, một cách vô tình hay cố ý.
Các tài nguyên và các tổ chức đưa ra các điều khiển chính sách mở rộng

Mỗi lưới là một tập hợp gồm nhiều tài nguyên hay còn gọi là nút lưới. Một số tài

(outsource policy) cho một bên thứ ba, các tổ chức ảo (VOs), phối hợp các chính sách

nguyên có thể thuộc quyền sử dụng của tất cả các thành viên lưới, trong khi số khác lại
17

18


hạn chế quyền truy nhập đối với các thành viên. Một số thuật ngữ sau được xây dựng

các chủ thể sở hữu một chứng chỉ số lưới theo chuẩn X509. Trong từng miền cụ thể,

trong khi nghiên cứu các vấn đề về bảo đảm an toàn cho hệ thống

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

Tính toán lưới

và định danh của chứng chỉ số đó.

+ Chủ thể là một thành viên của các hoạt động an toàn thông tin. Đối với môi trường

2/. Hoạt động lưới hạn chế trong đơn miền quản trị

lưới, chủ thể thường là người dùng, tài nguyên hay các tiến trình thay mặt cho các tài

Mặc dù lưới là một tập đa miền quản trị, tuy nhiên các hoạt động đa miền lại

nguyên đó

phải tuân theo các chính sách địa phương trên đơn miền quản trị. Nói cách khác, không

+ Giấy ủy nhiệm là thông tin cung cấp định danh cho chủ thể để xác định tên và vai

có hoạt động hay dịch vụ lưới nào được đưa vào các hoạt động địa phương thông qua

trò của chủ thể đó. Giấy ủy nhiệm được ký bởi nhà thẩm quyền và có thời gian tồn tại

các chính sách của lưới.

nhất định. Sau khoảng thời gian đó thì giấy ủy nhiệm không còn hiệu lực

3/. Các chủ thể toàn cục và cục bộ đều tồn tại

+ Chứng thực là tiến trình để chủ thể chứng minh định danh của mình cho đối tượng

Tại mỗi đơn miền quản trị đều tồn tại hai chủ thể trên, và chính sách để ánh xạ

được yêu cầu. Chứng thực hai bên (bên yêu cầu và bên được yêu cầu) là quá trình hai

từ một phần tử toàn cục vào phần tử cục bộ. Để làm ví dụ, mỗi người dùng đều có hai

bên chứng thực lẫn nhau, còn gọi là chứng thực đa phương.

tên, một tên toàn cục để hoạt động trên tất cả các tài nguyên, và một tên cục bộ trên
+ Thẩm quyền là tiến trình mà thông qua đó, ta xác định được một chủ thể có được phép

mỗi tài nguyên. Ánh xạ tên toàn cục vào tên cục bộ tạo khả năng đăng nhập một lần

truy nhập và sử dụng tài nguyên hay không

(sigle-sign-on) trên môi trường lưới. Trong cơ sở hạ tầng GSI, tên toàn cục chính là

+ Miền tin tưởng là cấu trúc quản lý mức logic, do một chính sách an toàn thông tin

tên định danh của giấy ủy nhiệm X509, và tên cục bộ là tên người dùng trong hệ điều

ổn định, đơn lẻ mức địa phương nắm giữ, hay nói cách khác, nó là một tập các chủ thể

hành.

và đối tượng được quản lý bởi đơn miền quản trị và chính sách cục bộ.

4/. Chứng thực đa phương

Sau đây là các chính sách bảo vệ thông tin giải quyết các yêu cầu thách thức trình

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

bày ở phần trên.

trong dịch vụ truyền file GridFTP, cả client và server đều phải chứng minh định danh

1/. Môi trường lưới an toàn đa miền

của mình trong lưới, client đòi hỏi server có định danh như mình mong muốn không,

Do lưới là một tập hợp không đồng nhất của các người dùng và tài nguyên cục

còn server sẽ kiểm tra danh sách các định danh client, xem client có quyền đăng nhập

bộ, cho nên các chính sách an toàn cục bộ dành cho các tài nguyên và người dùng cũng

vào server để sử dụng dịch vụ truyền file không.

khác nhau, chính sách lưới phải đảm bảo tích hợp được tất cả các tập hợp không đồng

5/. Ánh xạ

nhất này. Nói chung, môi trường lưới không hạn chế hay không ảnh hưởng tới các

Mỗi đối tượng toàn cục được ánh xạ vào đối tượng cục bộ được coi như chúng đã

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

qua chứng thực địa phương trên đối tượng cục bộ đó.

phương. Ví dụ trong cơ sở hạ tầng GSI, các hoạt động liên miền được thực hiện bởi

6/. Điều khiển truy nhập

19

20


Tất cả các quyết định điều khiển được đưa ra đều là cục bộ hay dựa trên cơ sở

Được cấp quyền để thay mặt người dùng trong một thời gian hạn chế. Giấy

của đối tượng cục bộ, hay không có một quyết định điều khiển nào là toàn cục, áp

chứng nhận người dùng hoạt động thay cho người dùng, nhờ đó nó có những thuận

dụng cho tất cả các tài nguyên cục bộ. Ví dụ, một người dùng lưới có thể sử dụng dịch

lợi như: không yêu cầu người dùng phải có mặt trong thời gian tính toán, thay vào đó

vụ truyền file GridFTP tại một tài nguyên này, nhưng tại các tài nguyên khác trong

chứng chỉ số của người dùng phải sẵn có trong suốt thời gian tính toán. Hơn nữa, thời

lưới, anh ta sẽ không có quyền truy nhập. Anh ta không thể ra lệnh truyền file cho toàn

gian sống của chứng chỉ số được điều khiển bởi người dùng, giúp cho người dùng

bộ các tài nguyên trong lưới.

hoàn toàn chủ động trong quá trình tính toán mà không cần có mặt ở đó.

7/. Cơ chế sử dụng Giấy chứng nhận

+ Giấy chứng nhận tài nguyên

Có thể dùng chứng chỉ số với các chương trình thay mặt cho cùng một tiến

Chứng nhận cho một tài nguyên là thành viên hợp lệ của lưới, các chính sách

trình, chạy trên cùng một chủ thể trong cùng một miền tin tưởng. Như đã biết, tính

an toàn riêng trong tài nguyên đó tương thích với các chính sách chung của lưới. Ví

toán lưới liên quan tới hàng trăm tiến trình chạy trên một tài nguyên đơn. Chính sách

dụ, trong chính sách an toàn của Globus Toolkit 4 (GT4), giấy ủy nhiệm tài nguyên

này cho phép mở rộng cho các ứng dụng song song có kích thước lớn, bằng cách tránh

GRIM (Grid Resource Identity Mapper) chứng minh tài nguyên này là thành viên của

các yêu cầu phải tạo một chứng chỉ số duy nhất cho mỗi tiến trình, mà cho phép các

lưới, tuân theo chính sách an toàn của lưới. Ngoài ra, kiến trúc GRIM cho phép cơ chế

tiến trình song song này dùng chung một tập các chứng chỉ số.

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.

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

3/. Các giao thức
Là các quy ước được đưa ra cho hoạt động an toàn trong môi trường lưới.

sách an toàn thông tin được nêu ra ở trên.

Trong kiến trúc này, sử dụng một số giao thức giúp cho các hoạt động trên toàn bộ

1/. Thực thể

lưới: người dùng có thể đăng nhập, định vị tài nguyên, định vị các tài nguyên khác

Môi trường lưới bao gồm các chủ thể và đối tượng trong các tính toán. Chủ thể

trong tiến trình thực hiện.

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

Mô tả kiến trúc

U, R, P: tương ứng là các người dùng, tài nguyên, và tiến trình.

liệu, mạng, thiết bị hiển thị, ... để phục vụ cho tính toán.

UP, RP: chứng chỉ số người dùng và chứng chỉ số tài nguyên.

2/. Giấy chứng nhận

CX: Giấy ủy nhiệm của chủ thể X.

Đó là giải pháp thống nhất các định danh của các thực thể lưới, cung cấp cho cả

SigX(text): văn bản (text) được kí bởi chủ thể X.

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

21

22

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

Hình 1-4: Mô hình kiến trúc bảo vệ thông tin của hệ thống tính toán lưới

chính sách an toàn cục bộ để bảo vệ tính toàn vẹn của CUP.
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.
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:

Giao thức 2: Giao thức định vị tài nguyên

Sử dụng giao thức 4.

1/. Các chứng chỉ số UP và RP thẩm quyền lẫn nhau (xem khái niệm thẩm quyền đa

Sau đây là tóm tắt các giao thức trên:

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

Giao thức 1: Đăng nhập hệ thống

cầu về định vị tài nguyên cho RP dưới dạng

1/. Người dùng sử dụng chứng chỉ số để đăng nhập vào hệ thống máy tính 2/. Người

SigUP(các yêu cầu định vị)

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
23

24


3/. RP kiểm tra tính hợp lệ của UP đã yêu cầu định vị, bảo đảm các yêu cầu này đúng là do

4/. Tiến trình ánh xạ tài nguyên phát ra yêu cầu MAP-SUBJECT-P tới RP, dưới dạng các

UP đã kí.

tham số: tên chủ thể tài nguyên, tên chủ thể toàn cục.

4/. Nếu yêu cầu được tiếp nhận, RP tạo ra bản ghi RESOURCE_CREDENTIAL chứa: tên

a. RP đợi các yêu cầu MAP-SUBJECT-UP và MAP-SUBJECT-P với các tham số tương

người dùng, tài nguyên định vị cho người dùng đó, tên tài nguyên.

ứng.

5/. RP chuyển RESOURCE_CREDENTIAL một cách an toàn tới UP (thực hiện như bước
1, UP chuyển yêu cầu định vị tới RP).

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

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.

xạ và UP.

Giấy ủy nhiệm này còn được gọi là giấy ủy nhiệm tiến trình CP.

d. Nếu kiểm tra không hợp lệ trong khoảng thời gian MAP-TIMEOUT, RP sẽ loại bỏ yêu

7/. UP chuyển CP một cách an toàn tới RP (thực hiện như bước 1, UP chuyển yêu cầu định

cầu và gửi xác nhận tới các thực thể đang chờ đợi.

vị tới RP).

e. Nếu xác nhận chưa được nhận trong khoảng thời gian MAP-TIMEOUT, yêu cầu coi

8/. RP định vị tài nguyên, tiếp tục tiếp nhận các tiến trình CP mới của người dùng.

như là không được chấp nhận.
Hoạt động chi tiết của các giao thức đều được thiết lập dựa trên thẩm quyền, kĩ

Giao thức 3: Giao thức định vị tài nguyên thông qua tiến trình người dùng 1/.

thuật chữ kí điện tử và mã hóa. Tuy nhiên, kiến trúc không đề cập kĩ thuật chữ kí điện

Tiến trình và UP của nó chứng thực lẫn nhau (xem chứng thực đa phương 1.2.2) thông

tử riêng biệt nào, việc cài đặt cụ thể sử dụng giao diện lập trình ứng dụng chung GSS,

qua CP và CUP.

do đó việc cài đặt và phát triển có thể sử dụng bất cứ công nghệ an toàn thông tin riêng

2/. Tiến trình phát ra một yêu cầu tới UP của nó, dưới dạng:

biệt nào.

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

KẾT CHƯƠNG
Tóm lại, vấn đề bảo đảm an toàn thông tin trong môi trường lưới còn rất nhiều

nào đó sử dụng giao thức 2, đã mô tả ở trên.

thách thức. Vì đây là môi trường phân tán về địa lý, nguồn tài nguyên không đồng

4/. Kết quả định vị tài nguyên sẽ được UP kí lên, sau đó chuyển cho tiến trình yêu cầu.

nhất, và tồn tại nhiều chính sách quản lý của các tổ chức khác nhau. Để giải quyết các

Giao thức 4: Ánh xạ định danh toàn cục vào định danh cục bộ.

khó khăn này, yêu cầu phải có giải pháp tổng thể và đồng nhất giữa các tổ chức tham

1/. UP chứng thực với RP

gia lưới. Đó cũng là nội dung chính của chương sau, đi sâu vào các khía cạnh bảo đảm

2/. UP phát ra một yêu cầu đã ký MAP-SUBJECT-UP dưới dạng các tham số như tên chủ

an toàn thông tin cho Hệ thống tính toán lưới.

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.
25

26


Chương 2.

Mã hóa đối xứng là phương pháp mã hoá mà biết khoá mã hoá dễ dàng tính

NỀN TẢNG AN TOÀN THÔNG TIN LƯỚI GSI

được khoá giải mã và ngược lại. Trong một số hệ mã hoá đối xứng thì hai khoá này

VÀ BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0

trùng nhau.

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- 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
Hình 2- 1: Mã hóa thông tin sử dụng khóa

tin thống nhất khóa thông qua một kênh mật. Đây là một vấn đề khó trong an toàn và
bảo mật.

Người nhận sử dụng khoá giải mã để giải mã thông tin.

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.
2.1.3. Hệ mã hóa khóa phi đối xứng.

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).
2.1.2. Hệ mã hóa khóa đối xứng.

27

28


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- 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

Hình 2- 5: Chữ ký số và mã hóa công khai

được sử dụng để giải mã.
Ký số trên tài liệu số là ký trên từng bít của tài liệu. Kẻ gian khó có thể giả mạo chữ
Quá trình giao tiếp giữa hai đối tượng A và B có thể được mô tả như sau: B

ký số nếu nó không biết “khoá lập mã”.

sinh ra một cặp khóa bí mật và công khai, khóa bí mật được cất giữ một cách an toàn
Để kiểm tra một chữ ký số thuộc về một tài liệu số, người ta dùng chìa khoá công

và được bảo vệ bằng một mật mã còn khóa công khai được cung cấp rộng rãi. A có

khai và tài liệu đi kèm.

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

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

bí mật.

ra “đại diện” cho tài liệu, sau đó mới ký số lên “đại diện” này.

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

2.1.5. Chứng chỉ số.

như mã hóa mất nhiều thời gian.
29

30


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- 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:
Hình 2-5: Chứng chỉ số theo chuẩn X509

Bước 1. Xin các chứng chỉ số:
+ Subject: tên của đối tượng xin cấp. Nó được mã hoá theo định dạng tên định danh (Distinguished

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.

Name) của đối tượng.

Tương tự B cũng sẽ được S cấp cho một chứng chỉ số BC.

+ Subject’s public key: bao gồm các thông tin về khoá và thuật toán sử dụng để sinh ra khoá

Bước 2: Giao dịch điện tử:

công khai đó.

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.

+ Digital signature: chữ ký số sinh ra bởi khoá bí mật của Nhà cung cấp và quản lý chứng

Issuer’s Subject: tên định danh của Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số.

chỉ số. Chữ ký này có thể được kiểm định bằng khoá công khai của Nhà cung cấp và

Với việc sử dụng chứng chỉ số, quá trình chứng thực có sự liên quan của ba bên

quản lý chứng chỉ số.

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

+ Tên định danh (Distinguished Name - DN): gồm các cặp giá trị cách nhau bằng dấu phẩy.

được mã hóa bằng khóa công khai của B, chỉ có B mới có khóa bí mật để giải mã thông

Ví dụ: "O=University of Technology, OU=Faculty of Information Technology,

tin từ A.

CN=HPC".

Chuẩn chứng chỉ số X509
31

32


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

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

ký bởi chính nó.

chỉ số tự ký. Một Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số với một chứng chỉ số tự ký

Nếu chúng ta nhận được chứng chỉ số của Borja mà không hoàn toàn tin tưởng

được gọi là Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số gốc, bởi không có Nhà cung cấp và

Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO, như vậy có nghĩa là chứng chỉ số của

quản lý chứng chỉ số nào ở trên nó. Để tin tưởng chứng chỉ số được ký bởi một Nhà

Borja sẽ không được tin tưởng ngay. Chúng ta có thể kiểm tra xem chứng chỉ số của

cung cấp và quản lý chứng chỉ số, Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số gốc tương

Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số FOO có được cấp bởi một Nhà cung cấp và

ứng phải nằm trong danh sách Nhà cung cấp và quản lý chứng chỉ số được tin tưởng.

quản lý chứng chỉ số mà ta tin tưởng hay không. Nếu Nhà cung cấp và quản lý chứng

2.2. CƠ SỞ HẠ TẦNG AN TOÀN THÔNG TIN TRÊN LƯỚI.

chỉ số BAR nằm trong danh sách tin tưởng của ta, khi đó chứng chỉ số của Borja được

An toàn thông tin là một trong những nền tảng quan trọng nhất trong hệ thống

tin tưởng.

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

33

34


mật đã nêu ra ở phần trên. Trong phần này trình bày một số đặc điểm của GSI và cài

GSI cho phép chúng ta thực hiện bảo vệ thông tin ở hai mức: mức giao vận và

đặt ứng dụng của nó.

mức thông điệp.
An toàn thông tin mức giao vận cho phép toàn bộ truyền thông được mã hóa.

2.2.1. Cơ sở hạ tầng mật mã khóa công khai.

An toàn thông tin mức thông điệp chỉ cho phép nội dung của thông điệp được mã hóa.

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,

Hình 2- 8: An toàn thông tin mức giao vận

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

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

nó. Ví dụ máy chủ MyProxy để quản lý các giấy uỷ nhiệm lưới.
-

và xác thực nhờ sử dụng các phương pháp mật mã. Tuy nhiên, không phải tất cả truyền

Lưu trữ khóa bí mật bằng các thiết bị phần cứng có mật khẩu. Giải pháp phần cứng

thông cần có cả ba đặc tính này. Nói chung, hội thoại an toàn phải đảm bảo tối thiểu

cho ta tính an toàn cao, nhưng nó lại ít được sử dụng bởi thiếu sự phát triển của

khả năng chứng thực.

phần cứng.
-

2.2.3. Giấy ủy nhiệm lưới.

Sử dụng giấy ủy nhiệm trong một khoảng thời gian sống nhất định. Điều này đòi

Trong môi trường lưới, người dùng cần sử dụng nhiều tài nguyên. Mỗi lần yêu

hỏi thường xuyên phải có cấp mới các giấy ủy nhiệm, bảo vệ khóa bí mật bằng

cầu cấp phép tài nguyên, người dùng cần phải chứng thực, và mỗi lần chứng thực

cách hạn chế sự lộ diện của nó.

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.

2.2.2. Bảo vệ thông tin mức thông điệp và mức giao vận.

35

36


GSI giải quyết vấn đề này với khái niệm giấy ủy nhiệm. Mỗi giấy ủy nhiệm sẽ

về chứng thực các định danh địa phương, cùng với việc đó, các chính sách đưa ra cũng

hoạt động thay mặt người dùng trong một khoảng thời gian ủy quyền ngắn hạn. Nói

nằm trong phạm vi cục bộ như: quyền truy nhập file, dung lượng đĩa, tốc độ CPU.

cách khác, việc sử dụng giấy ủy nhiệm ngắn hạn thay thế cho các chứng chỉ số dài hạn

Gần đây GSI áp dụng chuẩn SAML [6] để định nghĩa các định dạng xác nhận

khi chứng thực người dùng.

bảo mật và giao thức để lấy xác nhận. GSI sử dụng chứng thực SAML theo hai cách:

Giấy ủy nhiệm là sự kết hợp giữa chứng chỉ số dài hạn của người dùng với

Dịch vụ chứng thực cộng đồng CAS hoặc dịch vụ chứng thực của bên thứ ba như

khóa bí mật riêng của nó. Giấy ủy nhiệm, theo một cách khác, là sự liên kết ngắn hạn

PERMIT.

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

2.2.6. Ứng dụng của GSI.

quyền truy cập file trong hệ thống, có thể được sử dụng nhiều lần mà không có sự bất

GSI cho phép người dùng và các ứng dụng lưới truy nhập vào các tài nguyên

tiện nào. Còn giấy ủy nhiệm dễ bị tổn thương, nó có thời gian sống ngắn hạn hơn nhiều

một cách an toàn. Một số khả năng an toàn bảo mật được GSI tập trung hỗ trợ: cơ chế

so với các chứng chỉ số dài hạn của người dùng, thông thường là vài giờ.

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

2.2.4. Sự ủy quyền.

cho một số công cụ như grid-proxy-init để tạo ra giấy ủy nhiệm từ các chứng chỉ số,

Đối với tính toán phức tạp và kéo dài liên quan tới nhiều tiến trình khác nhau,

các dịch vụ truyền file GridFTP và máy chủ thông tin LDAP, đệ trình các ứng dụng từ

người dùng không phải lúc nào cũng có mặt để chứng thực cho mỗi tiến trình. GSI

xa Globus Toolkit Gram hay Secure Shell (SSH) để kết nối tới các máy từ xa. Ngoài

giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép người dùng ủy quyền giấy ủy nhiệm của

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.

mình cho giao dịch các máy từ xa.

2.3. BỘ CÔNG CỤ GLOBUS TOOLKIT 4.0.

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

Bộ công cụ Globus Toolkit (GT) là sản phẩm của dự án Globus – dự án được

hơn. Sự khác nhau là việc tạo ra các giấy ủy nhiệm xảy ra trong các phiên kết nối đòi

sự hợp tác của nhiều công ty, phòng thí nghiệm của Mỹ nhằm tìm ra giải pháp cho tính

hỏi chứng thực GSI, khi các tiến trình từ xa đòi hỏi giấy ủy nhiệm của người dùng cho

toán lưới. Globus Toolkit là tập hợp các dịch vụ, phần mềm, các thư viện xây dựng

chứng thực. Một điều đáng chú ý nữa là sự ủy quyền có thể là một chuỗi, một người có

theo kiến trúc mở.

thể ủy quyền cho một máy A, sau đó tiến trình sử dụng trên máy A có thể ủy quyền cho

Có thể nói dự án Globus đã và đang đóng góp rất lớn vào sự phát triển của tính

máy B và cứ tiếp tục như vậy.

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

2.2.5. Chứng thực trong GSI.

đầu tiên có hỗ trợ các thực thi Web Services trong nhiều thành phần của nó. Tuy nhiên

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

37

38


vẫn có một số thành phần chưa sử dụng các thực thi Web Services và vì lý do tương

Globus Toolkit cung cấp các dịch vụ thao tác với dữ liệu:
•

thích với các phiên bản cũ hơn.

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-

2.3.1. Thành phần chính của Globus Toolkit.

party. Trong mô hình truyền file truyền thống, việc truyền file chỉ thực hiện được giữa

GT4 gồm có 5 thành phần chính sau [4]:
− Thành phần thực thi cơ bản (Common runtime components)

client và server. Còn trong mô hình truyền file third-party, Client có

− Thành phần bảo vệ thông tin (Security component)

thể thực hiện truyền file giữa các server với nhau

− 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.

2/. Thành phần bảo vệ thông tin (Security Component)

Hình 2- 10: Truyền file theo mô hình third-party

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

•

Dịch vụ truyền file tin cậy RFT (Realiable File Transfer)

công khai, giao thức bảo mật SSL (Secure Socket Layer) và chứng chỉ số X.509. Thành

RFT sử dụng GridFTP để truyền file. RFT cung cấp dịch vụ truyền file tin cậy dưới

phần này cung cấp cơ chế xác thực một lần (single sign on), mã hóa trong truyền thông

dạng dịch vụ web, đồng thời RFT cũng sử dụng cơ sở dữ liệu để có thể phục hồi việc

và cơ chế ủy quyền. Cần khẳng định rằng: bảo vệ thông tin trong tính toán lưới là một

truyền file nếu xảy ra sự cố.

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)

39

40


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.

2.3.2. An toàn bảo mật trong Globus Toolkit.
GT4 cung cấp một số dịch vụ về an toàn bảo mật:

Hình 2- 11: Dịch vụ truyền file RFT

•

Dịch vụ sao lưu dữ liệu trên lưới

Credential processing service: là dịch vụ đảm nhận việc xử lý và kiểm tra các yêu cầu
về chứng thực.

Dịch vụ sao lưu dữ liệu DRS (Data Replication Service), dịch vụ định vị tệp
-

RLS (Replica Location Service)

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

4/. Dịch vụ theo dõi và tìm kiếm tài nguyên (Monitoring and Discovery

cầu đó.

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.

Credential Conversion service: là dịch vụ trung gian chuyển đổi giữa các cơ chế ủy
nhiệm địa phương và các tổ chức ảo.

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

Identity Mapping service: là dịch vụ ánh xạ tài khoản người dùng trong một miền tới
một tài khoản đối với một miền khác.

vụ lưới.
5/. Thành phần quản lý thực thi (Execution management)

Audit: dịch vụ log lại các sự kiện.

Môi trường trình chủ (Hosting environment)

Globus Tookit cung cấp các thành phần làm nhiệm vụ thực thi công việc, giám sát

Trình chủ là môi trường để nuôi sống và phát triển các dịch vụ. Dịch vụ lưới

công việc, và giao tiếp với bộ lập lịch địa phương. Trong đó quan trọng nhất là thành

cũng tương tự như các dịch vụ Web khác, được xây dựng trên các môi trường trình

phần WS GRAM (Grid Resource Allocation and Management).

chủ như J2EE hay .NET. Những trình chủ này cung cấp mức độ cao của an toàn bảo

WS GRAM là một dịch vụ lưới được viết theo mô hình Web Services, cung cấp

mật và hầu hết các chức năng an toàn bảo mật đều được đặt trên trình chủ do đó sẽ

khả năng thực hiện và quản lý trạng thái công việc từ xa. Khi Client đệ trình công việc,
41

42


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.

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

Hình dưới đây đưa ra một ví dụ đã được đơn giản hóa của cách thức hoạt động

thành giấy ủy nhiệm của VO, và KCA để chuyển giữa chuẩn Kerberos và PKI – Public

của mô hình OGSA. Một yêu cầu xuất phát từ một OGSA client tới một OGSA service.

Key Infrastructure).

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

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

bỏ qua).

dịch vụ này đã làm cho ứng dụng và trình chủ không phải quan tâm nhiều đến các chi
tiết cụ thể.

-

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

Hình 2- 12: Kiến trúc an toàn bảo mật trong Globus Toolkit

thiết bị lưu trữ kết nối với một lưới dữ liệu thông qua mạng truyền thông để cùng thực
hiện một mục tiêu chung.
Client đầu tiên sẽ tạo một yêu cầu tới một dịch vụ OGSA và truyền yêu cầu đó tới
Dịch vụ định vị tài nguyên GRAM (Globus Resource Allocation Management)

trình chủ xử lý. Các bước sau dùng để xử lý yêu cầu từ client:

là dịch vụ của GT cho phép client có thể khởi tạo, quản lý, theo dõi an toàn bảo mật
-

Trình chủ chứa client kiểm tra các chính sách an toàn bảo mật của dịch vụ được yêu

các nhiệm vụ tính toán trên các máy ở xa. Việc tiến hành đối với GRAM là một trong

cầu để xác định những cơ chế và ủy nhiệm nào cần phải tuân theo để có thể đệ trình

những công việc phức tạp nhất bởi vì nó liên quan nhiều đến cả cơ chế an toàn bảo

yêu cầu.

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.

43

44


Để có thể thực hiện công việc nhờ GRAM, một client phải mô tả công việc, chỉ

Như minh họa trên hình 2-14, để thực hiện công việc trên GRAM phải qua 7 bước:

rõ những chi tiết về thư mục thực thi, nơi lưu trữ các đầu ra và đầu vào. Những mô tả

1/. Người yêu cầu tạo một bản mô tả công việc và kèm với một giấy ủy nhiệm thích hợp. Yêu

này được gửi tới tài nguyên và kết quả là một thực thể của dịch vụ quản lý công việc

cầu này sau đó được gửi tới tài nguyên đích.

MJS (Managed Job Service). Một MJS là một dịch vụ của lưới cho phép khởi tạo công
2/. Dịch vụ điều hướng Proxy Router nhận yêu cầu và gửi tới LMJFS nếu có (nhảy tới bước

việc, điều khiển, theo dõi công việc.

6) hoặc gửi tới MMJFS (thực hiện tiếp bước 3).
MJS được tạo bởi một dịch vụ sinh MJS. Về lý thuyết thì sẽ có tương ứng với
3/. MMJFS xác nhận chữ ký trên yêu cầu sau đó xác định tài khoản cục bộ mà công việc

mỗi tài khoản người dùng một dịch vụ sinh MJS, tuy nhiên trong thực tế để tránh lãng

sẽ thực hiện dựa trên tài khoản đó sử dụng grid-mapfile, một file nằm trên máy cục bộ

phí, GT chỉ thực thi một trình chủ sinh MJS là Master Managed Job Factory Service

chứa những thông tin ánh xạ từ GSI vào tài khoản cục bộ.

(MMJFS).
Mỗi MMJFS chạy trên mỗi tài nguyên và triệu gọi dịch vụ sinh MJS địa phương

4/. MMJFS triệu gọi quá trình Setuid Starter để khởi tạo LMJFS. Setuid Starter là chương

LMJFS (Local Managed Job Factory Services) dùng khi cần thiết. Dịch vụ điều hướng

trình có đặc quyền (ví dụ như setuid-root) mà chức năng duy nhất của nó là khởi tạo

(Proxy Router service) dẫn những yêu cầu từ người dùng tới LMJFS nếu có (hoặc

một LMJFS đã được cấu hình sẵn cho một người dùng.

MMJFS nếu LMJFS của người dùng đó không tồn tại). Với MJS factory thì có thể có

5/. Khi LMJFS đã được tạo, nó cần nhận được giấy ủy nhiệm và phải tự đăng ký với dịch

một hay nhiều thể hiện của MJS chạy cùng một lúc trên môi trường trình chủ.

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

Hình 2- 13: Cơ chế thực hiện của GRAM

chạy trên đúng tài khoản.

45

46


Chương 3.

HỆ THỐNG QUẢN LÝ TỔ CHỨC ẢO
Trong hình 3-1 là ví dụ về 2 tổ chức ảo P và Q. Tổ chức ảo Q (bên phải hình vẽ)

3.1. TỔ CHỨC ẢO.

thực hiện các nghiên cứu về tia, tài nguyên sử dụng là năng lực tính toán của các đơn

3.1.1. Khái niệm tổ chức ảo.

vị tham gia. Tổ chức ảo P có thể sử dụng chương trình B, dữ liệu D của tổ chức thật

Các ứng dụng lưới hiện tại có thể khác nhau về số lượng người tham gia, thời gian

3; chương trình A của tổ chức thật 1. Tổ chức ảo Q có thể sử dụng chu kỳ tính toán

diễn ra & mức độ các hoạt động trao đổi thông tin, lượng tài nguyên chia sẻ... Song,

rảnh rỗi của các tổ chức thật 1và 2. Một số tài nguyên của tổ chức thật có thể tham gia

chúng đều có các điểm tương đồng về các cơ chế chia sẻ và sử dụng tài nguyên:

vào cùng nhiều tổ chức ảo như chương trình A và các tài nguyên tính toán trên máy

1/. Ràng buộc tài nguyên chia sẻ: Những người cung cấp tài nguyên, xác định các ràng

chứa nó (tổ chức thật 2).

buộc sử dụng trên chính tài nguyên họ cung cấp. Họ có quyền quyết định khi nào,

Như vậy, tổ chức ảo thực chất là nhóm các cá nhân, đơn vị có cùng phạm vi và

tài nguyên nào sẽ được chia sẻ.

chính sách chia sẻ tài nguyên. Các thành viên trong cùng VO chỉ được sử dụng các tài

2/. Quan hệ chia sẻ: Mối quan hệ giữa các bên tham gia chia sẻ và sử dụng tài nguyên

nguyên lưới trong phạm vi mà bên cung cấp tài nguyên – Resource Provider (RP) quy

là mối quan hệ ngang hàng, chứ không theo mô hình khách chủ. Các tổ chức tham

định cho VO đó. Do đó, khi xem xét dưới góc độ tài nguyên, có thể coi lưới là kết quả

gia, vừa có thể là bên cung cấp, vừa có thể là bên sử dụng.

của sự hợp tác giữa bên sử dụng - VO và bên cung cấp - RP.

3/. Chính sách chia sẻ động: Sở dĩ gọi là động vì chính sách chia sẻ có thể thay đổi
3.1.2. Tổ chức ảo và tài nguyên lưới.

liên tục, phụ thuộc vào quyết định của bên cung cấp tài nguyên. Các bên tham gia

Vì lưới có nhiều người dùng và nhiều loại tài nguyên nên kéo theo phải quản lý

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

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

như vậy, được gọi là tổ chức ảo (VO – Virtual Organization).

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

Hình 3- 1: Tổ chức ảo.

47

48

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.
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

Hình 3- 2: Người dùng lưới với VO và RP.

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

3.1.3. Thông tin người dùng trong tổ chức ảo.

bộ lưới nói chung.

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.

49

50