[论文解读] Access Control Mechanisms in Named Data Networks: A Comprehensive Survey

Boubakr Nour, Hakima Khelifi+3 more|arXiv (Cornell University)|Dec 8, 2020

Caching and Content Delivery参考文献 151被引用 8

一句话总结

本文对命名数据网络（NDN）中的访问控制（AC）机制进行了全面综述，将其分类为基于加密和非基于加密的两类，子类型包括基于属性、基于名称和基于身份的AC。文章识别了可扩展性、性能和信任管理方面的关键挑战，并提出了未来在NDN中实现安全、高效和去中心化AC的研究方向。

ABSTRACT

Information-Centric Networking (ICN) has recently emerged as a prominent candidate for the Future Internet Architecture (FIA) that addresses existing issues with the host-centric communication model of the current TCP/IP-based Internet. Named Data Networking (NDN) is one of the most recent and active ICN architectures that provides a clean slate approach for Internet communication. NDN provides intrinsic content security where security is directly provided to the content instead of communication channel. Among other security aspects, Access Control (AC) rules specify the privileges for the entities that can access the content. In TCP/IP-based AC systems, due to the client-server communication model, the servers control which client can access a particular content. In contrast, ICN-based networks use content names to drive communication and decouple the content from its original location. This phenomenon leads to the loss of control over the content causing different challenges for the realization of efficient AC mechanisms. To date, considerable efforts have been made to develop various AC mechanisms in NDN. In this paper, we provide a detailed and comprehensive survey of the AC mechanisms in NDN. We follow a holistic approach towards AC in NDN where we first summarize the ICN paradigm, describe the changes from channel-based security to content-based security and highlight different cryptographic algorithms and security protocols in NDN. We then classify the existing AC mechanisms into two main categories: Encryption-based AC and Encryption-independent AC. Each category has different classes based on the working principle of AC (e.g., Attribute-based AC, Name-based AC, Identity-based AC, etc). Finally, we present the lessons learned from the existing AC mechanisms and identify the challenges of NDN-based AC at large, highlighting future research directions for the community.

研究动机与目标

• 提供对命名数据网络（NDN）中访问控制机制的全面分析，NDN是信息中心网络（ICN）架构中的领先方案。
• 基于其基本原理和密码学基础，识别并分类NDN中现有的AC机制。
• 突出由于内容解耦和网络内缓存导致在NDN中实现可扩展、高效和安全AC所面临的挑战。
• 探讨AC在物联网（IoT）、发布-订阅模型和资源受限设备等实际用例中的影响。
• 识别开放的研究挑战，并提出未来设计实用且去中心化的NDN访问控制解决方案的研究方向。

提出的方法

• 本文对NDN中现有的访问控制机制进行了系统性综述，分析其设计原则和运行模型。
• 将AC机制分为两大类：基于加密（如基于签名、基于属性）和非基于加密（如基于名称、基于身份）。
• 根据访问控制逻辑进一步细分各类，例如基于属性的访问控制（ABAC）或基于身份的访问控制（IBAC）。
• 评估NDN中使用的密码原语和安全协议，包括数字签名和公钥密码学。
• 讨论架构权衡，包括性能开销、信任模型和可扩展性，特别是在网络内缓存和物联网设备背景下的影响。
• 提出未来研究方向，如利用区块链实现去中心化的策略执行，以及使用机器学习实现动态属性生成。

实验结果

研究问题

• RQ1 由于内容为中心的模型，NDN中的访问控制机制与传统基于TCP/IP的访问控制机制有何不同？
• RQ2 NDN中的访问控制机制的主要类别和子类型是什么？它们在基于内容的安全机制下如何运作？
• RQ3 当内容在中间节点被缓存且与源分离时，强制执行访问控制策略面临哪些关键挑战？
• RQ4 如何在资源受限的环境（如物联网网络）中高效实现访问控制？
• RQ5 新兴技术如区块链和机器学习在实现NDN中可扩展和去中心化的访问控制方面可发挥什么作用？

主要发现

• 基于加密的NDN访问控制机制（如基于签名和基于属性的方案）提供了强大的安全保证，但引入了计算和通信开销。
• 非基于加密的机制（如基于名称或基于身份的访问控制）可降低密码学成本，但可能缺乏细粒度访问控制，并面临可扩展性问题。
• 网络内缓存使访问控制强制执行更加复杂，因为被缓存的内容可能在访问撤销后仍可访问，因此需要区块链或网络控制器等机制来实现策略强制执行。
• 资源受限的物联网设备需要轻量级密码学解决方案（如对称加密），以在安全性和性能之间取得平衡。
• 在发布-订阅模型中实现动态访问控制，需要机制来撤销被驱逐订阅者的访问权限，并基于活跃订阅组生成密钥。
• 未来研究应聚焦于去中心化、可扩展且高效的访问控制解决方案，特别是通过集成区块链和机器学习实现属性生成与策略管理。