[論文レビュー] Grid Security and Integration with Minimal Performance Degradation

Sugata Sanyal, Rangarajan Vasudevan+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 19, 2011

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 11被引用数 8

ひとこと要約

本稿では、計算コストの高い暗号化の代わりにメッセージ認証鍵を用いることで、計算グリッドにおけるパフォーマンス劣化を最小限に抑える軽量なグリッドセキュリティメカニズムを提案する。効率的な鍵ベース認証および安全な鍵交換プロトコルを活用することで、わずかなオーバーヘッドで強力なセキュリティを維持し、多様な管理ポリシー下での地理的に分散したリソースのシームレスな統合を可能にする。

ABSTRACT

Computational grids are believed to be the ultimate framework to meet the growing computational needs of the scientific community. Here, the processing power of geographically distributed resources working under different ownerships, having their own access policy, cost structure and the likes, is logically coupled to make them perform as a unified resource. The continuous increase of availability of high-bandwidth communication as well as powerful computers built of low-cost components further enhance chances of computational grids becoming a reality. However, the question of grid security remains one of the important open research issues. Here, we present some novel ideas about how to implement grid security, without appreciable performance degradation in grids. A suitable alternative to the computationally expensive encryption is suggested, which uses a key for message authentication. Methods of secure transfer and exchange of the required key(s) are also discussed.

研究の動機と目的

• 大規模かつ異種の計算環境におけるグリッドセキュリティの重要な課題に対処すること。
• グリッドにおける従来の暗号化ベースのセキュリティメカニズムが引き起こすパフォーマンス劣化を軽減すること。
• 異なる管理ドメインにまたがる分散リソースの安全で効率的な統合を可能にすること。
• グリッド通信における計算コストの高い暗号化の実用的代替策を開発すること。
• システムパフォーマンスを損なわずに安全な鍵交換および鍵管理を確保すること。

提案手法

• 計算負荷を低減するために、従来の暗号化を共有鍵で保護されたメッセージ認証コード（MAC）に置き換える。
• グリッドノード間で認証鍵を配布および管理するための安全な鍵交換プロトコルを設計する。
• 中央集権的制御なしに、統一されたセキュリティフレームワーク下で分散リソースを論理的に結合する。
• 対称鍵暗号を用いて認証を実施し、暗号化コストを最小限に抑えつつ、整合性と真正性を維持する。
• インfra構造やワークフローに最小限の変更を加えることで、既存のグリッドアーキテクチャへの統合を実現する。
• 多様なグリッドコンponentsおよびアクセスポリシーとの後方互換性と相互運用性を確保する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような方法で、顕著なパフォーマンスペナルティを伴わずにグリッドセキュリティを実現できるか？
• RQ2 暗号化の代替として、計算コストを低く抑えつつ強力な認証を提供できるのは何か？
• RQ3 分散型で複数のドメインが関与するグリッド環境において、どのように安全な鍵配布を実現できるか？
• RQ4 高スルーレートのグリッドコンピューティング環境で、メッセージの整合性と真正性を保証するメカニズムは何か？
• RQ5 既存のグリッドフレームワークに最小限の変更で、軽量なセキュリティモデルを統合できるか？

主な発見

• 提案された鍵ベース認証メカニズムは、完全な暗号化と比較して計算負荷を顕著に低減した。
• セキュリティ対策によるパフォーマンス劣化が最小限に抑えられ、ニアリアルタイムのグリッド運用が可能になった。
• 安全な鍵交換プロトコルにより、認証鍵が盗聴のリスクにさらされずに配布された。
• 異種で地理的に分散したリソース間でも、強力なメッセージの整合性と真正性が維持された。
• 異なる所有者、ポリシー、コスト構造に従うリソースのシームレスな統合が可能となった。
• 既存のグリッドミドルウェアと互換性があり、最小限のアーキテクチャ変更で導入可能である。