鉴权节点

众所周知，Internet（国际互联网）和intranet（企业内部网）都是不安全的地方，黑客通常可以使用工具在网络上嗅探到很多敏感信息。更糟糕的是，由于无法确认对端是否诚实的表达了自己的身份，客户端与服务端之间没有办法建立可信的连接。因此，如果没有鉴权机制，ChubaoFS一旦部署在了网络中，便会存在一些常见的安全问题。

安全问题

  • 未认证的节点可能会访问敏感信息，如restful API，volume信息等
  • 通信信道可能受到 Man-in-the-middle (MITM) 攻击

系统架构

Authnode 是为 ChubaoFS 提供通用认证和授权框架的安全节点。此外， Authnode 还充当对称密钥和非对称密钥的集中密钥存储。 Authnode 采用并定制了基于票证的 Kerberos 认证思想。具体来说，当客户端节点（ Master 、 Meta 、 Data 或 client 节点）访问服务时，首先需要在 Authnode 中展示用于身份验证的共享密钥。如果认证成功， Authnode 将专门为该服务颁发一个限时票证。出于授权的目的，功能嵌入到票证中，以指示 谁可以在什么资源上做什么 。

Architecture

在 Authnode 的上下文中，我们将负责初始化一个服务请求的节点定义为 Client ，而响应该请求的节点定义为 Server 。这样，任何 ChubaoFS 节点都可以充当 Client 或者 Server 。

Client 和 Server 之间通过 HTTPS 或者 TCP 进行通信。 Authnode 的工作流程如上图所示，简要描述如下：

凭据请求 (F1)

在任何服务请求之前，需要持有密钥 Ckey 的客户端为服务（ target service ）从 Authnode 获取服务的认证信息。

  • C->A: 客户端发送一个认证请求，请求中包含一个代表客户端的客户端ID（id）和一个代表目标服务的服务ID（sid）。
  • C<-A: 服务端从自己的 key store 中查找客户端秘钥（CKey）和服务端秘钥（SKey）。如果认证成功，服务端会向客户端回应一条*CKey*加密的消息。消息中会包含会话秘钥（sess_key）和目标服务的凭据。

在获取凭据并使用*Ckey*处理一些安全检查后，客户端拥有*sess_key*和Skey{ticket}以备将来的服务请求。

HTTPS中的服务请求 (F2)

如果服务请求是通过HTTPS协议发送的，那么它将按如下步骤进行：

  • C->S: 客户端发送一个包含SKey {ticket}的请求。
  • C<-S: 服务端进行以下操作，（1）执行消息解密并获取凭据，（2）验证功能，（3）使用从凭据中获取的*sess_key*，加密*data*返回给客户端。

客户端使用*sess_key*解密从服务器返回的消息并验证其有效性。

TCP中的服务请求 (F3)

如果服务请求是通过TCP协议发送的，那么它将按如下步骤进行：

  • C->S: 客户端发送一个包含SKey {ticket}的请求。
  • C<-S: 服务端（1）解密凭据并验证其功能，（2）提取*sess_key*，（3）生成一个随机数*s_n*，（4）用*sess_key*加密的这个数后响应给客户端。
  • C->S: 客户端解密回复的消息，并向服务端发送另一条消息，其中包括随机生成的数字*s_c*和*s_n*+1，这两个数字都用*sess_key*加密。
  • C<-S: 服务器将验证*s_n*是否增加了1。如果验证成功,服务端将发送一条包含*s_c*+1的消息，该消息由*sess_key*加密。
  • C<->S: 客户机在消息解密后验证*s_c*是否增加了一个。如果成功，则已在客户端和服务器之间建立经过身份验证的通信通道。基于此通道，客户端和服务器可以执行进一步的通信。

未来工作

Authnode 支持ChubaoFS急需的一般的身份验证和授权。未来 ChubaoFS 的安全增强有两个方向:

特性丰富

当前的 Authnode 实现不支持某些高级功能:

  • 密钥轮换：共享密钥在客户端和服务器中硬编码，不会更改。它增加了安全风险，攻击会破坏加密并找到密钥。定期轮换秘钥有助于降低此类风险。
  • 凭据撤销：出于性能考虑，凭据将有效一段时间（如几个小时）。如果客户端不幸地泄漏了它的票证，恶意方可以在有效期内将票证用于服务请求。凭据撤销机制可以通过在发生泄漏时撤销凭据来预防此类问题。
  • HSM支持: Authnode 是ChubaoFS中的安全瓶颈。破坏 Authnode 意味着破坏整个系统，因为它管理密钥存储。硬件安全模块（HSM）为密钥管理提供物理保护。让HSM（例如*SGX*）保护 Authnode ，可以降低 Authnode 被破坏的风险。

端到端数据加密

当前的 Authnode 实现并不系统地支持对传输中和静止数据的加密，即使我们可以在通信期间使用会话密钥加密数据。保护数据的一种更安全的方法是使用 端到端 数据 加密 。特别是，加密密钥由 Authnode 管理和分发，数据在客户端节点加密，通过网络发送并存储在服务端中。与基于现有工具（ fscrypt 、 ecryptfs 和 dm-crypt ）的服务端加密相比， 端到端 数据 加密 至少具有以下优点：

-由于数据解码密钥存储在 Authnode 中，一旦数据服务器（例如 data Node ）被攻击者入侵，它就可以减少数据泄漏。 -它提供对加密密钥的集中管理（轮换、撤销和生成）。