SEGURANÇA EM GRADES COMPUTACIONAIS

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1 SEGURANÇA EM GRADES COMPUTACIONAIS Autor: Fabíola Bento Soares 1 Orientador: Prof. Dr. Luis Fernando Faina 1 1 Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação Universidade Federal do Uberlândia (UFU) Uberlândia MG Brasil fabiolasb@gmail.com, faina@facom.ufu.br Nível: Mestrado Ano de ingresso no programa: Agosto / 2008 Época esperada de conclusão: Agosto / 2010 Resumo. Grades computacionais são sistemas de suporte à execução de aplicações paralelas que acoplam recursos heterogêneos distribuídos, oferecendo acesso consistente e barato aos recursos, independente de sua posição geográfica. As tecnologias de grades computacionais possibilitam agregar recursos computacionais variados e dispersos, acelerando a execução de vários processos computacionais. As exigências de segurança são fundamentais a um projeto de grade computacional. Os componentes de segurança devem fornecer os mecanismos corretos para uma comunicação segura em um ambiente de grade. Sem estes mecanismos, as informações processadas dentro da grade tornam-se vulneráveis. O propósito deste trabalho é a realização de um levantamento sobre as questões de segurança em uma grade computacional específica GT-VCG, identificando problemas existentes, soluções, arquiteturas, ferramentas e técnicas aplicadas. Com base nessas informações é possível entender como funcionam os mecanismos de segurança em grade, identificando o que já existe de efetivo e quais as necessidades para que a maturidade e popularidade neste ambiente possam ocorrer. Palavras-Chave. Grade, VCG, Segurança, Vulnerabilidades

2 1. Introdução A impressionante melhoria de desempenho que redes de computadores vêm experimentando levou a idéia de se utilizar computadores independentes conectados em rede como plataforma para execução de aplicações paralelas, originando a área de Computação em Grade. Os principais atrativos desta idéia são a possibilidade de alocar uma enorme quantidade de recursos a uma aplicação paralela, por exemplo, centenas de milhares de computadores conectados via Internet e fazê-lo a um custo muito menor do que alternativas tradicionais baseadas em supercomputadores paralelos. As vantagens potenciais da Computação em Grade têm atraído muita atenção para a área. Nos últimos anos, grandes projetos, como Globus, iniciando-se a materialização de Grades Computacionais que é uma área recente e em franca expansão. O que começou em universidades e institutos de pesquisa ganhou o mundo empresarial e hoje faz parte da estratégia de corporações como IBM, HP/Compaq, Sun e Fujitsu. É devido ao grande potencial da área e ao interesse que vem recebendo em todo o mundo, um grupo caracterizado por GT-VCG (Virtual Community Grid) conduzido por um grupo de pesquisadores, apoiado pela RNP - Rede Nacional de Ensino e Pesquisa, e LNCC - Laborátorio Nacional de Computação Cientíca. A coordenação do projeto é conduzido por: Bruno Schulze LNCC-MCT como coordenador geral e Antônio Tadeu A. Gomes LNCC-MCT como coordenador adjunto [GT-VCG 2008]. O projeto GT-VCG está em sua segunda fase (set/07 à out/08) e seu objetivo é construir e implantar na rede RNP uma infra-estrutura de grade computacional para agregar recursos por adesão, baseada em middleware. A idéia é que os usuários disponham de um ambiente de execução distribuída de tarefas computacionais, com uso regulado por um modelo de créditos. Os parceiros dessa fase são as instituições: CBPF, UFF, PUCRIO, UERJ, UNICAMP, UNISANTOS, UFBA, UFC, UFPR, UFRGS, UFU, USP, IME, UFSCar, INPE e UFSC [Schulze and Gomes 2008]. 2. Caracterização do Problema Quando abordamos segurança em ambientes computacionais, muitos fatores são envolvidos, entre eles, autenticação, controle de acesso, integridade, privacidade e não repúdio. Se tratando de grades computacionais a complexidade se torna bem maior, uma vez que novos problemas e situações são encontradas. Um dos principais problemas esta relacionado à construção de soluções capazes de coordenar e garantir segurança em diversas políticas de controle de acesso. Um outro ponto é em relação à capacidade de operar em uma infinidade de ambientes totalmente heterogeneos, levando-se em consideração software, hardware, protocolo e todo tipo de estrutura. Os mecanismos de segurança em grade devem trabalhar com a infra-estrutura das organizações e não substituí-la. Sistemas em grade podem requerer praticamente todos os padrões de segurança existentes em virtude da diversidade de cenários, como por exemplo [Licht 2006]. Acesso Sign-on - um usuário é autenticado uma única vez quando o processo é iniciado e busca recursos, usa recursos, libera recursos; Proteção de Credenciais - credenciais de usuários (senhas e chaves privadas) devem obrigatoriamente ser protegidas; Interoperabilidade com outras políticas de segurança enquanto soluções de segurança podem prover mecanismos de acessos entre domínios conhecidos, o acesso a domínios

3 com políticas de segurança distintas é praticamente inviável; Exportação do Código - deseja-se que um código gerado em um local seja executado em outro, para isto é necessário identificar a maneira que o código deve ser apresentado para que possa ser exportado e executado em outro local. Partindo dessas premissas que identificamos problemas específicos de segurança do projeto VCG, em razão da grande diversidade de cenários, políticas, variações de execução das tarefas e pontos vulneráveis existentes. Essas vulnerabilidades identificadas deixam os vários computadores, expostos a uma série de problemas de segurança. Como por exemplo, no cenário do projeto VCG, onde a seguinte situação foi avaliada: Na submissão de uma tarefa através da grade VCG, todo o processo de submissão é manual, a partir de escolhas feitas pelo usuário. Através de um portal onde é feita essa submissão, o usuário pode listar todas as máquinas que compõem a grade, listando ainda todos os recursos computacionais disponíveis nestas, tais como, processador, memória, CPU, espaço em disco. A tarefa submetida, a qual possui a identificação, o endereço e o caminho do servidor, que por sua vez devolve as informações processada, e estas informações ficam expostas nos pacotes, que trafegam pela rede; Através destas vulnerabilidades, muitos ataques maliciosos podem ocorrer, já que as informações expostas são simples e de fácil acesso a uma pessoa maliciosa que planeja um ataque em uma determinada rede, é possível que esta realize uma varredura na rede, obtendo os dados necessários para o ataque. O atacante pode alterar as informações trafegadas pela rede podendo redirecionar todos os dados processados, que deveriam ser enviados ao servidor da aplicação. Com os dados em mãos, o atacante pode alterar o conteúdo processado com a intenção de causar falsa impressão por meio de dados irreais. 3. Fundamentação Teórica No desenvolvimento do projeto VCG, parte de sua estrutura foi desenvolvida em forma de portais, contendo todas as informações referenciadas ao GT-VCG, descritas abaixo: Portal de Informação a principal funcionalidade desse portal é criar uma área pública de acesso as informações do projeto, assim como, o cadastro das comunidades, projetos e usuários, acesso as áreas restritas, monitoramento das máquinas na grade, submissão e monitoramento das tarefas; Portal de Administração de acesso restrito aos gerentes do projeto, que tem por objetivo gerenciar o acesso as informações e funcionalidades do portal; Portal de Submissão de tarefas é responsável pela submissão e gerência de tarefas do portal, tem o intuito de proporcionar uma abstração dos conceitos de uma grade computacional, sendo que esta abstração tem o objetivo de estimular os usuários a utilizarem de forma transparente os recursos agregados dentro de uma grade, em particular à submissão e gerência de tarefas. Na Figura 1 é apresentada a arquitetura do VCG, onde o fluxo do processo de adesão de usuário/projeto (Fluxo A), refere-se a adesão de um usuário através do portal de informação, onde suas informações são armazenadas em um Banco de Dados. A partir disto o administrador do portal analisa o perfil do usuário e finaliza a adesão.

4 Para o fluxo do processo de inclusão de máquinas (Fluxo L) na grade, exige-se a instalação do pacote VCG, para associar a máquina ao usuário, gerar o certificado da máquina e enviá-lo ao Servidor de Gerência que por sua vez o encaminha a Autoridade Certificadora, a qual por sua vez retorna a assinatura do certificado da máquina. O fluxo do processo de submissão de tarefa (Fluxo S) na figura contabiliza os créditos/débitos ao projeto associado, bem como a escolha do recurso para submissão das tarefas a serem executadas. O fluxo do processo de monitoramento de máquina/tarefa (Fluxo M), é realizado através do Servidor de Gerência que armazenará no Banco de Dados a relação de crédito/débito de cada recurso, bem como o controle de monitoramento de cada máquina na grade. Recursos da grade VCG Novo Recurso (L1) Instalacao (L3) Inclusao Banco de dados Recurso 1... Recurso N (M1) Monitoramento Servidor de Gerencia (M2) (L2) Assinatura do certif. de maquina (A4) Liberacao de usuario (S3) Submissao de Tarefas (A5) Criacao do certificado do usuario Servidor de Certificacao (S2) Criacao certif. proxy Portal de Administracao (A2) Inclusao Pag. Submissao (S1) Nucleo da grade VCG Usuario Coordenador Pag. Adesao Portal de Submissao (A1) Portal de Informacoes (A) (l) adesao de usuario/projeto inclusao de maquinas (A3) Pag. Administracao (S) submissao de tarefa (M) monitoramento de maq./tarefas Administracao da Grade Figura 1. Arquitetura VCG Para se obter um funcionamento efetivo dessa estrutura de grade, é necessário middleware, tais como: GLobus, é um conjunto de serviços que facilitam computação em grade. Os serviços do Globus podem ser usados para submissão e controle de aplicações, descoberta de recursos, movimentação de dados e segurança na grade. Alguns dos principais serviços do Globus são: GSI (Globus Security Infrastructure) - Segurança, autenticação única na grade

5 GRAM (Globus Resource Allocation Manager) - Submissão e controle de tarefas MDS - Informações e diretórios Condor, é um gerenciador de recursos especializado para aplicações que exigem computação intensa e seu objetivo é oferecer uma grande quantidade de poder computacional a médio e longo prazo, utilizando recursos ociosos do ambiente [Pinheiro 2004]. 4. Contribuição Diante dessa infra-estrutura, a proposta objetiva estudar a possibilidade de implementar segurança na grade computacional do VCG. Uma solução para as vulnerabilidades identificadas no projeto VCG é propor um algoritmo para criptografar os pacotes que trafegam pela grade passando-se a ter uma identificação digital, garantindo-se a integridade da informação. Este algoritmo de criptografia é o responsável por criptografar os dados antes destes serem encapsulados. Garantindo assim que apenas a outra parte tenha acesso aos dados. Uma outra solução para se ter segurança nas máquinas que compõe a grade, é propor uma solução que comtemple a detecção de hosts intrusos (IDS). Assim como, qualquer aplicação pode armazenar dados importantes dentro de uma estação de trabalho local, o IDS pode adicionar uma grande defesa para qualquer movimentação de arquivo que não deva ocorrer. Se o host com IDS detectar uma alteração desconhecida, emite um alerta a uma estação de trabalho que faz a monitoração e alerta os responsáveis pela grade. 5. Estado Atual do Trabalho Atualmente há uma parceria no projeto GT-VCG, sendo que a UFUparticipa com duas máquinas associadas a grade (vcg1.vcg.ufu.br e vcg2.vcg.ufu.br), destas máquinas uma foi cedida pelo GT-VCG,a outra pela UFU. Quase todas as máquinas componentes da grade utilizam o sistema operacional Debian, sendo a UFU a pioneira na disponibilização de uma máquina com o sistema operacional diferente deste, utilizando-se Slackware-12.1 o que foi possível somente após a adaptação dos scripts disponibilizados pelo GT-VCG. 6. Avaliação dos Resultados O trabalho ainda não dispõe de resultados até o momento, visto que somente a partir de outubro que se encerrou a 2 a fase do GT-VCG de implantação das máquinas na grade. Referências GT-VCG (2008). Virtual Community Grid. Technical report, LNCC-Laboratório Nacional de Computação Científica. Licht, F. (2006). Fornecimento Automatizado de Certificados de Curta Duração para Dispositivos Móveis em Grades Computacionais. Technical report, IME. Pinheiro, J. (2004). Segurança em Grades Computacionais. Technical report, USP. Schulze, B. and Gomes, A. T. A. (2008). Poposta de Serviço Piloto. Technical report, LNCC- Laboratório Nacional de Computação Científic.