[論文レビュー] The Clarens web services architecture

Conrad Steenberg, Eric Aslakson+4 more|arXiv (Cornell University)|May 30, 2003

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 3被引用数 10

ひとこと要約

Clarensのウェブサービスアーキテクチャは、高エネルギー物理学におけるグリッド対応ウェブサービスのセキュアでスケーラブルかつ標準準拠のフレームワークを提供する。Apache、SOAP、XML-RPC、およびPKIベースのX.509認証を活用している。このアーキテクチャは、階層的バーチャルオーガナイゼーション（VO）モデル内でのセッション永続化、サービス発見、細粒度の承認を可能にし、モジュラー拡張性と、Berkeley DBを用いた永続ストレージによるセキュアでステートレスな通信をサポートする。

ABSTRACT

Clarens is a uniquely flexible web services infrastructure providing a unified access protocol to a diverse set of functions useful to the HEP community. It uses the standard HTTP protocol combined with application layer, certificate based authentication to provide single sign-on to individuals, organizations and hosts, with fine-grained access control to services, files and virtual organization (VO) management. This contribution describes the server functionality, while client applications are described in a subsequent talk.

研究の動機と目的

• 大型科学アプリケーション（例：LHCのCMS実験）におけるバッチ指向グリッドコンピューティングの限界を克服すること。
• SOAP、XML-RPC、X.509証明書といった広く採用された標準を用いた、セキュアで拡張可能かつ相互運用可能なウェブサービスフレームワークを提供すること。
• コンmodityソフトウェアに基づくステートフルでセッション管理可能なアーキテクチャにより、分散グリッドサービスへのインタラクティブかつリアルタイムアクセスを可能にすること。
• セキュアな共同作業を実現するため、階層的バーチャルオーガナイゼーション（VO）構造内での細粒度の承認と監査を可能にすること。
• ウェブブラウザ、PDA、分析ツールを含む既存のクライアントが、統合的かつセキュアなサービスインターフェースにシームレスに統合されることを可能にすること。

提案手法

• Clarensは、Apache HTTPサーバーへのmod_python拡張として実装されており、標準的なウェブプロトコルを用いてSOAPおよびXML-RPCリクエストを処理できる。
• 認証は、PKIベースのシステムを用いたX.509証明書により実施され、セッションIDが交換され暗号化されることで、相互信頼性が確保され、リプレイ攻撃が防止される。
• クライアントセッションはBerkeley DBを用いて永続化され、サーバー再起動後も透明に回復可能となり、障害耐性が向上する。
• 承認は、Distinguished Names（DN）に基づくグループ定義による階層的VOモデルを通じて実装され、アクセス制御はグループメンバーシップおよび管理者権限に基づく。
• システムは、PythonまたはC/C++モジュールによるモジュラーなサービス拡張をサポートし、メソッドはディレクトリベースのネーミングスキームを通じて公開され、実行時に動的にロードされる。
• すべてのメソッド呼び出しは、タイムスタンプを含めてApacheログファイルに記録され、監査およびトランザクション追跡を可能にする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、大規模な科学的グリッドにおけるインタラクティブな分析をサポートするセキュアでスケーラブルかつ標準準拠のウェブサービスアーキテクチャを設計できるか？
• RQ2 高信頼性のコンピューティング環境において、本質的にステートレスなHTTPプロトコル上で、どのようにしてセキュアでステートフルなセッション管理を実現できるか？
• RQ3 X.509証明書およびDNを用いた階層的バーチャルオーガナイゼーション構造内での細粒度のアクセス制御と承認をどのようにして強制できるか？
• RQ4 コンmodityソフトウェアコンponentsを用いた分散科学的コンピューティング環境において、拡張性と障害耐性を実現するアーキテクチャパターンは何か？
• RQ5 SSL、SOAP、XML-RPC、WSDLなどの既存のウェブおよびセキュリティ標準をどのように活用すれば、プロトコルの再発明を避けつつ相互運用性とパフォーマンスを確保できるか？

主な発見

• Clarensは、Berkeley DBを用いたセッションデータの永続化により、HTTP上でセキュアでステートフルなウェブサービスを実現し、サーバー再起動後もクライアントが再認証なしに生存可能であることを可能にした。
• X.509証明書とPKIベースの認証の活用により、相互認証が強固に確保され、暗号化されたセッショントークンと組み合わせることで、暗号化されていない接続上でもなりすまし攻撃を防げる。
• DNに基づくグループメンバーシップを有する階層的VOモデルにより、スケーラブルで細粒度のアクセス制御が可能となり、管理者がグループ階層と権限を動的に管理できる。
• PythonおよびC/C++モジュールによるモジュラー設計により、実行時における拡張性とクラッシュの隔離が実現され、システムの信頼性と保守性が向上した。
• すべてのメソッド呼び出しは、タイムスタンプを含めてApacheログに記録され、セキュリティおよびデバッグ目的の完全なトランザクションログが得られる。
• このアーキテクチャは、WSDLやOGSAといった新規標準と互換性を有しており、将来的にはデータ管理およびACLサポート強化のため、Berkeley DBからリレーショナルデータベースへの移行を計画している。