淺談基于的Windows Azure平臺下的訪問控制模型的設(shè)計(jì)論文
隨著互聯(lián)網(wǎng)中的云計(jì)算應(yīng)用越來越廣泛，微軟，谷歌等IT業(yè)巨頭都在不斷的擴(kuò)建自己的云計(jì)算平臺，但是伴隨著云計(jì)算應(yīng)用范圍的不斷增大，信息安全已經(jīng)成為了制約與計(jì)算平臺發(fā)展的重要原因之一，一些涉及到網(wǎng)絡(luò)安全的技術(shù)逐步被人重視，Window Azure平臺是微軟2008年開發(fā)的一款云計(jì)算平臺，其主要作用是通過Internet平臺為其他運(yùn)行的應(yīng)用程序服務(wù)，最大可能的保證性能不降低。如何能夠最大限度的利用Win?dows Azure平臺的數(shù)據(jù)存儲安全技術(shù)，從而能夠保證云計(jì)算平臺具有開發(fā)的安全性和靈活性是目前研究的重點(diǎn)。目前訪問控制技術(shù)是元計(jì)算平臺領(lǐng)域中一種非常重要的技術(shù)，它的思想是采用一定的策略,首先對主體進(jìn)行驗(yàn)證，然后對客體的訪問權(quán)限進(jìn)行設(shè)置，可以很好地保證云計(jì)算環(huán)境中的訪問權(quán)限的的安全性，從而保證云計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)的資源能夠合理的被使用，從而避免來自系統(tǒng)內(nèi)部的破壞。
訪問控制是一種重要的技術(shù)，是保證云計(jì)算平臺的信息機(jī)密性和完整性的重要組成部分。本文針對在Windows Azure 云計(jì)算模型的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有的任務(wù)-角色訪問控制模型，提出一種新的訪問控制模型。該模型可以在一定程度上有效地減少資源調(diào)度的耗時(shí)以及數(shù)據(jù)訪問控制的安全性。
1 Windows Azure平臺下的訪問控制
在云計(jì)算平臺的環(huán)境中，由于云端客戶的數(shù)量逐漸增多，這就要求Windows Azure云計(jì)算服務(wù)商提供的安全性的資源也在逐漸提高。由于云計(jì)算環(huán)境中對資源的保護(hù)和限制訪問的要求比較高，云計(jì)算資源的云端用戶的種類層次不一，自身的安全性等級不一，自身存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此在這樣的背景下，需要制定更加詳細(xì)的策略來進(jìn)行控制，從而來保證系統(tǒng)安全的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
在Windows Azure 模型中，訪問控制最關(guān)鍵的就是如何進(jìn)行授權(quán)即授權(quán)策略的制度，在進(jìn)行授權(quán)策略下，能夠得到授權(quán)的用戶就是合法用戶，無法得到授權(quán)的就是非法客戶。在WindowsAzure中，需要了解訪問主體能夠?qū)δ男┛腕w在什么樣的條件下進(jìn)行授權(quán)訪問，通常訪問控制模型由主體、訪問、客體三個(gè)主要部分組成。
2 傳統(tǒng)訪問控制模型介紹
2.1 基于角色的訪問控制
基于角色的訪問控制(RBAC)的研究是上個(gè)世紀(jì)提出的一種訪問控制技術(shù)，它通過在用戶和訪問權(quán)限中加入了角色這個(gè)概念，從而將用戶與訪問權(quán)限進(jìn)行了有效的分離，同時(shí)最大限度的保證了用戶和權(quán)限之間的分離，這種分離的優(yōu)點(diǎn)就是可以讓用戶與角色之間達(dá)成1∶N的角色分配,同時(shí)保證角色與訪問權(quán)限之間也是1∶N的聯(lián)系方式。RBAC模型的優(yōu)點(diǎn)是在一定程度上實(shí)現(xiàn)了用戶與訪問權(quán)限的分離,在一定程度上保證了動態(tài)的訪問約束，系統(tǒng)實(shí)用性比較強(qiáng)，缺點(diǎn)如下：(1)權(quán)限粒度約束不夠細(xì)化，導(dǎo)致用戶權(quán)限過寬;(2)權(quán)限授予過程復(fù)雜;(3)功能和數(shù)據(jù)權(quán)限始終都在一起,無法分離;(4)缺少對客體特征的描述，特別是在云計(jì)算環(huán)境中的分布式的應(yīng)用非常頻繁，但是每一次過程都需要通過角色來轉(zhuǎn)變，無法面對Windows Azure云計(jì)算下的任務(wù)流的控制執(zhí)行。
2.2 基于任務(wù)的訪問控制
基于任務(wù)的訪問控制模型(TBAC)是一種新的安全模型，主要是采用了任務(wù)工作流的特性，將任務(wù)概念引入到訪問控制模型中，從而將訪問控制中的任務(wù)進(jìn)行動態(tài)的管理。通過平臺中的任務(wù)來對權(quán)限進(jìn)行劃分，在TBAC中，主要能對不同的工作流中的不同任務(wù)進(jìn)行訪問控制，優(yōu)點(diǎn)是適合云計(jì)算環(huán)境下的分布式計(jì)算。缺點(diǎn)是沒有對客體進(jìn)行管理，不支持被動訪問控制，存在任務(wù)分配復(fù)雜等問題，從而降低了效率。
3 基于多用戶的Windows Azaue 訪問控制模型
3.1 云計(jì)算現(xiàn)狀
云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展已經(jīng)涉及到計(jì)算機(jī)的眾多領(lǐng)域，傳統(tǒng)的安全保護(hù)手段已經(jīng)無法適應(yīng)這些變化。在Windows Azaue云計(jì)算模型中，服務(wù)商提供數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲，面對云端的眾多用戶，這些多用戶通過Windows Azaue平臺可以將自身的相關(guān)私有數(shù)據(jù)放置到服務(wù)器上進(jìn)行存儲和管理，在一定程度上降低了用戶的成本，但同時(shí)對Windows Azaue服務(wù)商提出了一定的要求。如何保障多用戶下的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，防止涉及安全問題的發(fā)生，這是目前Windows Azaue云計(jì)算服務(wù)商面臨的主要的問題。
3.2 多用戶訪問控制模型
本文在的基礎(chǔ)上，將面向多用戶的.訪問控制模型分為用戶層和平臺層,用戶層主要是用來管理用戶-角色-任務(wù)-權(quán)限之間的使用關(guān)系，平臺層主要是分配權(quán)限,角色和任務(wù)之間的關(guān)系。為了更好地描述多用戶的訪問控制模型，本文在任務(wù)-角色模型的基礎(chǔ)上，對模型中涉及到的一些概念進(jìn)行描述：
(1)角色：云計(jì)算中擔(dān)任訪問能力的主體。
(2)任務(wù)：云計(jì)算中用來完成用戶提出的具有一定功能的最小單位內(nèi)容。
(3)權(quán)限：云計(jì)算中具有訪問資格的描述
(4)權(quán)限分類：云計(jì)算中用戶訪問要求不同，導(dǎo)致受到訪問的資格不同
(5)會話：云計(jì)算中的用戶與角色之間建立映射的過程，實(shí)際上過程是用戶與系統(tǒng)之間交互的過程。
(6)會話交互：云計(jì)算中用戶訪問云計(jì)算服務(wù)商提供服務(wù)的過程。
(7)會話的角色集合：云計(jì)算中參與會話過程中的角色映射。
(8)角色繼承：云計(jì)算中為了滿足不同的角色需要訪問多種不同的資源的要求,在角色的屬性和方法的設(shè)置中，通過角色繼承來進(jìn)行完成，從而可以避免重復(fù)設(shè)置。
(9)任務(wù)關(guān)系：云計(jì)算中根據(jù)任務(wù)之間的分配關(guān)系可以分為一對一，一對多，多對多的分配關(guān)系。
3.2.1用戶層模型
在Windows Azaue 多用戶的用戶層中，為了能夠更好地方便用戶-角色-任務(wù)和權(quán)限之間的關(guān)系，本文采用層次化的結(jié)構(gòu)模型，通過按照角色和權(quán)限從高到低來進(jìn)行設(shè)置用戶的級別，在設(shè)置過程中，根據(jù)Windows Azaue云計(jì)算資源平臺中對于多用戶分配的資源要求，在層次化結(jié)構(gòu)模型中，通過對用戶分配權(quán)限，粒度從小到大。
定義1：用戶定義User: =( User_ID∈U_ID, User_name∈U_name, User_Role∈U_Roleset,User_Task∈U_Task)。
定義2：角色定義Role: =( role_ID∈Role_id,Role_name∈Role_N,role_roleList∈Role_L)
定義3：權(quán)限定義:Premission:=
( Premission_ID∈Premission_ID, Premission_name∈Premission_n, Premission_role∈Premission_R)
定義4：任務(wù)定義Task:=< Task_ID∈User_ID∩role_ID∩Permis?sion_ID,Task_name∈Task_N,Task_role∈Task_R >
3.3.2平臺層模型
在Windows Azaue多用戶平臺中,將權(quán)限和角色的進(jìn)行合理的映射，在每一個(gè)角色節(jié)點(diǎn)中，需要進(jìn)行管理和控制角色與權(quán)限的創(chuàng)建與分配，其中，每一個(gè)管理節(jié)點(diǎn)需要創(chuàng)建或者修改操作權(quán)限，在該平臺模型中對于角色和權(quán)限的管理進(jìn)行合理的配置。
定義5：管理角色定義Administrator_Role ex?tends 角色定義Role: =( Administrator_IDAdministrator_id,Administrator_Rolename∈Admin ?istrator_Role_N, Administrator _roleList∈Role_L)
定義6：管理用戶權(quán)限定義Administrator_Per?mission extends Permission: =(Administrator_Permis ?sion_ID∈Permission_ID, Administrator_name∈Per?mission_N, permission_role∈Permission_R).
為了更好地體現(xiàn)出平臺層模型的優(yōu)點(diǎn)，本文在平臺層設(shè)計(jì)上通過組織模型角色的構(gòu)建方法，將管理角色結(jié)構(gòu)分為了底層平臺管理角色權(quán)限，中間層平臺管理角色權(quán)限和用戶層平臺管理角色權(quán)限管理三個(gè)部分。底層平臺管理角色權(quán)限主要是針對平臺中所有的基礎(chǔ)權(quán)限管理，中間層平臺管理角色權(quán)限主要是針對平臺中專有資源權(quán)限管理，用戶層平臺管理角色權(quán)限管理主要是針對所有用戶的角色管理。
3.3 訪問控制模型的實(shí)現(xiàn)
為了進(jìn)一步描述有關(guān)訪問控制模型的實(shí)現(xiàn)，本文以本地學(xué)校圖書館服務(wù)器作為云計(jì)算資源服務(wù)器，將處于同一個(gè)城市的其他幾所學(xué)校的客戶器作為云端客戶，建立樹型的組織模型，從而將這種組織模型想訪問控制模型轉(zhuǎn)換，在訪問控制模型中，主要針對用戶登錄，權(quán)限訪問控制以及權(quán)限管理三個(gè)部分進(jìn)行描述，用戶首先進(jìn)行身份驗(yàn)證，然后系統(tǒng)為用戶加載權(quán)限，用戶根據(jù)權(quán)限來獲得對應(yīng)的功能，最后獲得相應(yīng)的功能權(quán)限對應(yīng)的數(shù)據(jù)對象。
(1)登錄驗(yàn)證
登錄驗(yàn)證是為了更好的保護(hù)用戶的合法信息，采用控件chenkUserForm 進(jìn)行iaoshu，能確保用戶輸入驗(yàn)證的合法性。
(2)權(quán)限訪問控制
Windows Azaue模型中的權(quán)限訪問控制能夠在一定程度上保證用戶訪問權(quán)限資源，本文在樹型模型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)首先向用戶加載包含一級節(jié)點(diǎn)的初始華，然后通過層層級聯(lián)加載訪問葉子節(jié)點(diǎn)，提高了用戶訪問效率，用戶在之前的訪問登錄獲得了用戶Userid作為參數(shù)，從而獲得用戶對應(yīng)的角色所需要的權(quán)限。用戶通過樹型組織結(jié)構(gòu)，點(diǎn)擊初始權(quán)限樹中葉子節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的功能權(quán)限。在層次加載中,判斷用戶點(diǎn)擊所獲得節(jié)點(diǎn)加載路徑來確定是否能夠訪問到該節(jié)點(diǎn)。
采用了這種加載方式之后,用戶可以根據(jù)自己的需要來顯示相應(yīng)的功能權(quán)限,不需要每次都登錄展示整個(gè)權(quán)限,提高了高效訪問控制。
(3)權(quán)限管理控制
在用戶權(quán)限樹中設(shè)定的Checkbox構(gòu)造出用戶權(quán)限管理樹,通過點(diǎn)擊選中活取消用戶權(quán)限管理樹中的節(jié)點(diǎn),能夠非常方便的實(shí)現(xiàn)角色權(quán)限的授予。
(4)系統(tǒng)驗(yàn)證和分析
為了更好的驗(yàn)證本文模型的具有的時(shí)效性，本文采用在酷睿i3，內(nèi)存為4G的系統(tǒng)中運(yùn)行，將本人所在學(xué)校的圖書館作為云服務(wù)端,其他同一個(gè)地區(qū)的學(xué)校的圖書館作為云端訪問點(diǎn)，通過CloudSim進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，本文假設(shè)在云端客戶模擬500個(gè)訪問圖書查詢要求向云服務(wù)端發(fā)送查詢請求，在云服務(wù)端中采用Windows Azaue模型進(jìn)行服務(wù)器的設(shè)置，將本文的模型與其他幾種模型在訪問數(shù)量，任務(wù)平均完成時(shí)間，網(wǎng)絡(luò)消耗時(shí)間上進(jìn)行了對比。
本文的訪問控制模型在一定程度上有效的縮短了訪問時(shí)間，雖然相差不大，但是由于其他三種算法沒有將控制模型安全因素考慮進(jìn)去，所以，本文的模型具有一定的實(shí)際意義。從圖2中可以發(fā)現(xiàn)伴隨著云端客戶的訪問量增多，本文的模型有效的降低任務(wù)完成時(shí)間，相比于角色-任務(wù)模型已經(jīng)有了很大的改變。伴隨著訪問數(shù)量的不斷增大，網(wǎng)絡(luò)訪問失敗率已經(jīng)有了明顯的降低，這在一定程度上說明了本文的算法在云平臺模型下的控制在優(yōu)于傳統(tǒng)的訪問控制模型。
4 結(jié)束語
在微軟推出的Windows Azaue 云計(jì)算模型中，訪問控制安全已經(jīng)成為了研究的重點(diǎn)，本文在傳統(tǒng)的角色-任務(wù)模型上，提出了面向多用戶的訪問控制模型，在模型中采用了用戶層和平臺層兩種表示，在用戶層中對角色、任務(wù)、權(quán)限進(jìn)行了定義，在平臺層中針對用戶登錄，權(quán)限訪問控制以及權(quán)限管理三個(gè)部分進(jìn)行細(xì)分，通過仿真實(shí)驗(yàn)，本文的模型相比于傳統(tǒng)的角色-任務(wù)模型具有一定優(yōu)越性，但在角色繼承，模型沖突等方面需要進(jìn)一步的研究。
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