Dezentral koordinierte Zugriffskontrolle in Peer-to-Peer Da...

Dezentral koordinierte Zugriffskontrolle in Peer-to-Peer Datenbanken

phdthesis
Die vorliegende Arbeit thematisiert die Zugriffskontrolle für Peer-to-Peer (P2P) Systeme im allgemeinen und P2P-Datenbanken im speziellen. Diese besitzen per Definition keine zentrale Komponente und erfordern damit eine dezentral zu organisierende Zugriffskontrolle. Mit dem Peer Access Control System (PACS) wird eine neuartige Zugriffskontrolle für P2P-Datenbanken vorgestellt, die, im Gegensatz zu allen bislang bekannten Kontrollsystemen, die Zugriffskontrolle durch die Koordination der lokalen Zugriffskontrollkomponenten der einzelnen Peers etabliert. Damit ist es erstmals möglich, die schon vorhandenen lokalen Zugriffskontrollregeln auf den Peers für den Aufbau der globalen Zugriffskontrolle zu nutzen. Die Koordination der Peers wird durch ein gemeinsames Austauschformat möglich, die eXtensible Access Control Markup Language (XACML). Jeder Peer veröffentlicht Teile seiner Zugriffskontrollregeln, d.h. Informationen zu seinen lokalen Benutzern und deren Berechtigungen an lokalen Datenobjekten. Das Erteilen globaler Privilegien an Benutzer anderer Peers ist damit möglich. Die Zugriffskontrollkomponenten der einzelnen Teilnehmer werden so zu einer koordinierten globalen Zugriffskontrolle verknüpft. Als globales Zugriffskontrollmodell setzt PACS hierbei auf eine Kombination aus Discretionary Access Control mit administrativer Delegation und rollenbasierter Zugriffskontrolle. Aufgrund der fehlenden zentralen Instanz muss im Netzwerk mit bösartigen Knoten gerechnet werden. Die verteilte Verwaltung und Durchsetzung der globalen Privilegien muss auch beim maximalen realistischen Bedrohungsszenario sichergestellt sein. Die Verwaltung der erteilten globalen Privilegien erfordert einen verlässlichen verteilten Privilegienspeicher. Diese Arbeit entwirft und realisiert zwei Arten von Privilegienspeichern. Der unstrukturierte P2P-Privilegienspeicher beruht auf einem unstrukturierten P2P-Netzwerk, das durch eine neuartige Form aktiver Replikation mit autonomen sich selbst verwaltenden Replikationsgruppen zu einem verlässlichen Privilegienspeicher erweitert wird. Der DHT-Privilegienspeicher nutzt eine verlässliche verteilte Hashtabelle (DHT). Diese basiert auf der Erweiterung des zugrundeliegenden Chord Protokolls mittels Übertragung eines redundanten Routing Algorithmus und eines Fehlertests. Durch Weiterführung dieser Erweiterungen in der DHT-Anwendung entsteht eine verlässliche DHT. Neben der Verwaltung erfolgt auch die Durchsetzung der Privilegien in PACS dezentral. Hierzu wird eine serverseitige und eine clientseitige Durchsetzung vorgestellt. Die clientseitige Durchsetzung unterstützt eine sichere Replikation der Daten, da diese verschlüsselt im Netzwerk gespeichert werden. Die Schlüsselverwaltung erfolgt durch ein schwellenkryptographisches Verfahren. Eine Gruppe von Stellvertretern sorgt für die Verteilung der Schlüssel und damit für die Durchsetzung der Privilegien. Die vorgestellten Privilegienspeicher und der Aufwand, den diese bei der Durchsetzung und Verwaltung der Privilegien in den jeweiligen Durchsetzungsvarianten erzeugen, wird anhand von Simulationen experimentell evaluiert. Hierbei wird die Verlässlichkeit beider Speichertypen im zuvor bestimmten Bedrohungsrahmen nachgewiesen. Darüber hinaus wird der Auf- wand zum Speichern und Abrufen von Datenobjekten sowie bei Gruppenänderungen in ver- schiedenen Netzwerkgrößen gemessen. Sowohl bei serverseitiger als auch clientseitiger Durch- setzung arbeitet der DHT-Privilegienspeicher effizienter als der P2P-Privilegienspeicher. Durch die Nutzung lokaler Zugriffskontrollregeln stellt PACS gegenüber den momentanen Zugriffskontrollsystemen von P2P-Systemen einen wesentlichen Fortschritt dar. Da PACS zu- dem erweiterte Zugriffskontrollmodelle unterstützt, wird das Anwendungsgebiet von P2P- Datenbanken vergrößert. Die clientseitige Durchsetzung von PACS ist die erste clientseitige Durchsetzungsvariante, die auch erweiterte Zugriffskontrollmodelle unterstützt. Hierdurch er- weitert PACS den Anwendungsbereich dieser Durchsetzungsvariante und der P2P-Systeme, die diese einsetzen. Die experimentellen Evaluationen belegen nachdrücklich, dass eine dezen- tral koordinierte Zugriffskontrolle mit Unterstützung erweiterter Zugriffskontrollmodelle für P2P-Systeme mit vertretbarem Aufwand realisiert werden kann.
Christoph Sturm
Marc H. Scholl
This thesis introduces a distributed coordinated access control mechanism for Peer-to-Peer (P2P) databases. Since P2P systems have no central component, also the access control mechanism has to be distributed. In contrast to all known P2P access control systems, our Peer Access Control System (PACS) is created in a bottom-up manner by coordinating the local access control components of the participants. For the first time, thus, already existing local access control policies can be used to build up a global P2P access control mechanism. To enable such coordination, all participants first export parts of their local access control policies as eXtensible Access Control Markup Language (XACML) policies. Thereby, each peer publishes information about its local users and their privileges on local objects. This in- formation is used to grant access control privileges on local data objects to users from remote peers, the so-called global privileges. These global privileges create connections between the published XACML policies and thereby establish a coordinated global access control mechanism. Our global access control model is a combination of discretionary and role based access control with administrative delegation support. The missing global authority implies that there may be malicious peers in the network. The management and enforcement of the global privileges has to be guaranteed even in the worst case scenario. The management of the global privileges requires the creation of a global distributed privilege store. This thesis presents two privilege stores, an unstructured P2P privilege store and a distributed hashtable (DHT) privilege store. The P2P privilege store is based on an unstructured P2P network and uses active replication with a dedicated replication group. The replication group has the ability to manage itself and deal with network changes. The DHT privilege store, on the other hand, employs a reliable DHT. This DHT is based on a Chord network that is extended with a redundant routing algorithm and a failure test to cope with malicious peers. The reliable DHT is generated by propagating these extentions further to the DHT application. Not only the global privilege management but also the global privilege enforcement is distributed among the peers. To enable this, a server side enforcement and a client side enforcement approach are presented. The client side enforcement approach stores and delivers only encrypted data objects and therefore, in contrast to the server side approach, supports secure data replication. In consequence, just users who possess the corresponding decryption key can access a data object. Keys are managed by a group of delegates, by using a threshold signature schema to generate and distribute the keys. The overhead of the presented privilege stores during enforcement and privilege management using both client side or server side enforcement is experimentally evaluated with simulations. For either privilege store it is shown that they exhibit high reliability even in the worst case scenario. Besides this, the costs expressed in number of messages for storing and querying data objects as well as for group changes are measured for different network sizes. Comparing the DHT with the unstructured P2P privilege store shows that the DHT privilege store is the more efficient solution for both enforcement approaches. PACS is the first access control mechanism suitable for P2P systems that uses the locally available access control policies. As PACS supports extended access control models the application range of P2P databases is expanded. In addition, the client side enforcement approach designed for PACS is the first client side approach that supports extended access control models, therefore widening the application areas of this enforcement technique in P2P systems. Major experimental evaluations in this thesis provide clear evidence that sophisticated distributed access control, as provided by PACS, can be successfully established with reasonable efforts.
Dezentral koordinierte Zugriffskontrolle in Peer-to-Peer Datenbanken
2010
University of Zurich, Department of Informatics
csg