對(duì)等計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之：網(wǎng)絡(luò)信任與安全

2019-11-18 12:13:07

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供稿：網(wǎng)友

　　一旦 P2P 應(yīng)用發(fā)展到一個(gè)引人關(guān)注的程度，信任和安全問(wèn)題就出現(xiàn)了。在用戶間互相了解的小型應(yīng)用中，信任和安全很少會(huì)成為問(wèn)題。可是，有用的 P2P 應(yīng)用很少會(huì)保持這么小的規(guī)模。本文將探討在 P2P 應(yīng)用中的信任和安全問(wèn)題，為您介紹使分布式應(yīng)用中的信任成為可能的工具。
　　
　　信任在每個(gè)具有一定規(guī)模的分布式應(yīng)用（包括對(duì)等應(yīng)用）中都是一個(gè)問(wèn)題。在一個(gè)分布式應(yīng)用中，信任的等級(jí)就是衡量我們確信程度的尺度，即我們正與之通信的人是否是我們以為的那個(gè)人，以及我們正訪問(wèn)的資源是否是我們以為的那些。
　　
　　在實(shí)體間都互相了解的小型網(wǎng)絡(luò)中，要建立信任是很輕易的。在小型網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)體是建立在互相熟悉的基礎(chǔ)上的，信任就可以由在真實(shí)世界中運(yùn)作的同樣的社會(huì)力量來(lái)維持。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用擴(kuò)展到常規(guī)的社會(huì)力量不再滿足要求時(shí)，建立信任的難度就會(huì)變得大起來(lái)。網(wǎng)絡(luò)的確切大小顯然依靠于應(yīng)用，但當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的任何實(shí)體不再只期望和熟悉的實(shí)體進(jìn)行相互作用的時(shí)候，上述的擴(kuò)展過(guò)程中的問(wèn)題就出現(xiàn)了。
　　
　　這里我們馬上碰到了兩個(gè)問(wèn)題：對(duì)等的認(rèn)證和授權(quán)。首先，實(shí)體不能再假定其他實(shí)體就是它們自己所聲稱的實(shí)體。這是認(rèn)證問(wèn)題。第二，實(shí)體不能再簡(jiǎn)單地答應(yīng)其他實(shí)體不加選擇地訪問(wèn)它們提供的功能和它們治理的資源。這是授權(quán)問(wèn)題。
　　
　　甚至在信任成為一個(gè)問(wèn)題之前，我們就碰上了保密的問(wèn)題。無(wú)論一個(gè)相互作用是在兩個(gè)以前從沒(méi)遇見(jiàn)過(guò)的實(shí)體間的，還是在兩個(gè)老相識(shí)的實(shí)體間的，相關(guān)實(shí)體都必須保證他們間的相互作用是安全的。
　　
　　關(guān)于信任，在許多 P2P 應(yīng)用中，還有一個(gè)決定性的方面沒(méi)有得到應(yīng)有的重視。對(duì)等認(rèn)證無(wú)疑是重要的，但通常同樣重要的是對(duì)共享資源的認(rèn)證 — 非凡是內(nèi)容。沒(méi)有對(duì)共享內(nèi)容的完整性和同一性的保證，一個(gè) P2P 應(yīng)用就會(huì)冒引入許多安全漏洞的風(fēng)險(xiǎn)，以至于 Microsoft Outlook — 從來(lái)不是一個(gè)安全的好示例 — 相比之下就會(huì)像 Fort Knox 一樣。
　　
　　信任在 P2P 應(yīng)用中真的重要嗎？雖然許多現(xiàn)存的 P2P 應(yīng)用都是看起來(lái)運(yùn)行如飛而卻不嚴(yán)格地對(duì)待信任問(wèn)題，我還是堅(jiān)持認(rèn)為在任何分布式應(yīng)用中信任都是必須的 — 包括 P2P 應(yīng)用。許多 P2P 應(yīng)用所擁有的開(kāi)放性并沒(méi)有排斥信任，甚至都沒(méi)有減弱它的重要性。
　　
　　“在因特網(wǎng)上，沒(méi)人知道你是一條狗”（Peter Steiner，The New Yorker 雜志），我肯定你們中的許多人對(duì)這個(gè)標(biāo)題的那幅漫畫很熟悉。這個(gè)說(shuō)法所反映的事實(shí)準(zhǔn)確地強(qiáng)調(diào)了把建立信任作為實(shí)體間的相互作用的第一步的重要性。要促進(jìn)某種類型的 P2P 應(yīng)用（電子交易應(yīng)用是一個(gè)極好的示例）在一個(gè)自然匿名的媒介（例如因特網(wǎng)）上的使用，涉及的實(shí)體必須能夠互相信任。匿名的面紗必須被揭開(kāi)，從而讓另一方暴露自己是一條狗（或至少是一條沒(méi)有有效信用卡的狗）。
　　
　　在涉及內(nèi)容的治理和發(fā)布時(shí) — 這是許多 P2P 應(yīng)用的主要活動(dòng)，信任也一樣重要。只要是由相對(duì)不重要的音頻和視頻文件（它們的交換無(wú)需授權(quán)，也不花費(fèi)代價(jià)）組成的內(nèi)容，信任就不重要 — 您會(huì)得到您付錢所要的任何東西。可是，在一個(gè)付費(fèi)的媒體或應(yīng)用內(nèi)容的發(fā)布系統(tǒng)中就不是這樣。假如您付了錢，您就一定想得到貨物 — “讓顧客謹(jǐn)慎”可不夠好。
　　
　　對(duì)于那些把處理工作分發(fā)到分布式計(jì)算節(jié)點(diǎn)上，然后收集結(jié)果的 P2P 應(yīng)用，信任可以成為一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題。證據(jù)是最近在 Seti@Home 分布式應(yīng)用中一個(gè)組里的成員的欺騙行為。
　　
　　要確保信任，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和它的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須作出一些保證。首先，實(shí)體間的連接必須是安全的。基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)還必須可以使以下條件成為可能：能夠準(zhǔn)確地識(shí)別其他實(shí)體，或至少能夠肯定地?cái)嘌赃@種識(shí)別是不可能的。最后，通過(guò)應(yīng)用來(lái)治理或交換的資源也必須滿足同樣的要求。
　　
　　雖然 P2P 領(lǐng)域可能看起來(lái)是令人激動(dòng)的和全新的，但在分布式環(huán)境中安全計(jì)算的要素卻還是原樣。信任是通過(guò)綜合以下三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)要素來(lái)建立的：
　　
　　1. 認(rèn)證
　　決定某些實(shí)體實(shí)際上是否就是它們自稱的人或東西的過(guò)程。在實(shí)際中，認(rèn)證有兩種形式。第一種形式涉及在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)）中對(duì)等點(diǎn)向其他對(duì)等點(diǎn)認(rèn)證它們自己。第二種形式涉及一個(gè) P2P 應(yīng)用的用戶向該應(yīng)用認(rèn)證它們自己。在一些 P2P 應(yīng)用中，這兩者是一回事。
　　
　　2. 授權(quán)
　　授予一個(gè)認(rèn)證過(guò)的實(shí)體實(shí)施某些行為或訪問(wèn)某些資源的許可的過(guò)程。在一個(gè) P2P 應(yīng)用中，一個(gè)對(duì)等點(diǎn)可能被認(rèn)證為只可以訪問(wèn)另一個(gè)對(duì)等點(diǎn)的部分資源。
　　
　　3. 加密
　　把易理解的信息（明文）轉(zhuǎn)化為一種對(duì)未授權(quán)的個(gè)人和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)難理解的形式（密文）的過(guò)程。解密是這一過(guò)程的逆過(guò)程。在一個(gè) P2P 應(yīng)用中，加密可以扮演許多角色。加密的一個(gè)明顯的用途就是保護(hù)在一個(gè)不安全網(wǎng)絡(luò)（如因特網(wǎng)）中的對(duì)等點(diǎn)間流動(dòng)的信息。這與每個(gè)對(duì)等點(diǎn)的安全認(rèn)證結(jié)合在一起，確保了交換數(shù)據(jù)不會(huì)在通信中被竊聽(tīng)。假如信息是被數(shù)字簽名過(guò)的或在其中加入了 MAC （消息認(rèn)證碼），那么雙方還能確定該信息沒(méi)有被修改過(guò)。
　　
　　您在下面的示例中將會(huì)看到，這三個(gè)要素被結(jié)合在一起創(chuàng)建了一個(gè)安全的分布式應(yīng)用。
　　
　　實(shí)際使用中的安全
　　為了更好地理解認(rèn)證，授權(quán)和加密是怎樣在一個(gè) P2P 應(yīng)用中幫助建立起對(duì)等點(diǎn)間的信任的，讓我們看一下圖 1 中的示例。請(qǐng)非凡注重認(rèn)證，授權(quán)和加密在其中扮演的角色。
　　　對(duì)等計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之：網(wǎng)絡(luò)信任與安全（圖一）

對(duì)等計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之：網(wǎng)絡(luò)信任與安全（圖一）

　　圖 1. 對(duì)等點(diǎn) A 和對(duì)等點(diǎn) B 之間的操作順序
　　
　　在左邊的對(duì)等點(diǎn) A 希望和在右邊的對(duì)等點(diǎn) B 建立安全的通信：對(duì)等點(diǎn) A 連接到對(duì)等點(diǎn) B 并通告自己的身份。對(duì)等點(diǎn) B 要求對(duì)等點(diǎn) A 認(rèn)證它自己。認(rèn)證可以通過(guò)許多途徑。如對(duì)等點(diǎn) A 和對(duì)等點(diǎn) B 都可以用一個(gè)共享密鑰交換秘密的訊息，或?qū)Φ赛c(diǎn) A 可以使用對(duì)應(yīng)于對(duì)等點(diǎn) B 持有的公用密匙的私用密鑰來(lái)完成同樣的操作。
　　
　　對(duì)等點(diǎn) A 要求對(duì)等點(diǎn) B 認(rèn)證它自己。對(duì)等點(diǎn) B 通過(guò)分配給對(duì)等點(diǎn) A 特權(quán)的方式來(lái)授權(quán)對(duì)等點(diǎn) A 訪問(wèn)某些資源。在進(jìn)一步的通信發(fā)生之前，這兩個(gè)對(duì)等點(diǎn)可以協(xié)商加密它們之間的通道連接。假如對(duì)等點(diǎn) A 和對(duì)等點(diǎn) B 沒(méi)有相遇過(guò)，那么它們就必須依靠一個(gè)可以信任的第三方，對(duì)等點(diǎn) C，來(lái)安排一個(gè)介紹，如圖 2 所示：
　　對(duì)等計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之：網(wǎng)絡(luò)信任與安全（圖二）

對(duì)等計(jì)算實(shí)際應(yīng)用之：網(wǎng)絡(luò)信任與安全（圖二）

　　圖 2. 對(duì)等點(diǎn) C 為對(duì)等點(diǎn) A 和對(duì)等點(diǎn) B 作介紹
　　
　　這是介紹操作的順序：
　　如上所述，對(duì)等點(diǎn) A 開(kāi)始與對(duì)等點(diǎn) C 的安全通信。對(duì)等點(diǎn) C 給予對(duì)等點(diǎn) A 認(rèn)證對(duì)等點(diǎn) B 的必要信息。這可能包括對(duì)等點(diǎn) B 的公用密匙，共享密鑰或者一個(gè)可以啟動(dòng)通信的令牌或證書。對(duì)等點(diǎn) B 開(kāi)始與對(duì)等點(diǎn) C 的安全通信并執(zhí)行同樣的操作。一旦該信息被傳送完成，對(duì)等點(diǎn) A 就可以開(kāi)始與對(duì)等點(diǎn) B 的通信了。還有別的機(jī)制也可以在兩個(gè)對(duì)等點(diǎn)間建立起安全通信。上述方法遵循的是標(biāo)準(zhǔn)安全層次（如 SSL）所使用的模式。
　　
　　假如您信任一個(gè)實(shí)體，您可能很理所當(dāng)然地就信任了它提供的內(nèi)容。在某些情況下，這種假設(shè)是合理的。假如被訪問(wèn)的內(nèi)容包含了一些信息，而這些信息是有關(guān)信息來(lái)源的實(shí)體的，或者包含了來(lái)自于源實(shí)體提供的服務(wù)的信息，那么您信任該實(shí)體就足以讓您信任您從該實(shí)體取得的內(nèi)容。
　　
　　另一方面，假如實(shí)體不是內(nèi)容的來(lái)源，而是作為內(nèi)容的一個(gè)緩存或中轉(zhuǎn)站，比較明智的做法就是驗(yàn)證內(nèi)容。某些種類的內(nèi)容，比如活動(dòng)內(nèi)容（applets），就非常危險(xiǎn)以至于驗(yàn)證是強(qiáng)制要執(zhí)行的。有許多方法可以驗(yàn)證內(nèi)容，包括簡(jiǎn)單的校驗(yàn)和，加密和水印技術(shù)。下面我將描述一個(gè)基于數(shù)字簽名的機(jī)制。如圖 1 所示，對(duì)等點(diǎn) A 和對(duì)等點(diǎn) B 建立了一個(gè)安全的連接。
　　
　　在它建立好通道后，對(duì)等點(diǎn) A 向?qū)Φ赛c(diǎn) B 要求一個(gè)內(nèi)容。假如對(duì)等點(diǎn) B 創(chuàng)建了該內(nèi)容，它就會(huì)在傳送該內(nèi)容之前為其數(shù)字簽名。假如對(duì)等點(diǎn) B 只是發(fā)布在別處創(chuàng)建的內(nèi)容，那么該內(nèi)容是已經(jīng)被簽名過(guò)的。
　　
　　在對(duì)等點(diǎn) A 收到內(nèi)容后，它將驗(yàn)證附在內(nèi)容上的數(shù)字簽名。對(duì)許多主流的應(yīng)用而言，驗(yàn)證各種類型的內(nèi)容已經(jīng)是標(biāo)準(zhǔn)的操作過(guò)程。這同樣也將成為 P2P 應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)操作過(guò)程。

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