Eşler Arası Anonim Dosya Paylaşımı İçin Açık Anahtarlı Bir Kerberos Kimlik Denetimi Uygulaması Tuğkan TUĞLULAR, Can Arda MÜFTÜOĞLU, Özgür KAYA

Transkript

1 Eşler Arası Anonim Dosya Paylaşımı İçin Açık Anahtarlı Bir Kerberos Kimlik Denetimi Uygulaması Tuğkan TUĞLULAR, Can Arda MÜFTÜOĞLU, Özgür KAYA Özet Bu çal mada anonim dosya payla m gereksinimine çözüm olarak anonim vekil önerilmektedir. Anonim vekil yetkisi olan e leri dosya payla m grubuna eklemektedir. Kimlik denetimi için Kerberos kimlik denetimi mekanizmas n n aç k anahtarl ifreleme ile güçlendirilmi sürümü kullan lm t r. Bilet sa lama sunucusunun kat l m ile olu turulan model bir uygulama haline getirilmi ve farkl e say lar alt nda denenmi tir. Anahtar Kelimeler Aç k Anahtarl ifreleme, Anonim Dosya Payla m, E ler Aras, Kerberos Kimlik Denetimi. I. G R NON M dosya payla m nternet üzerinde bir gereksinim Aolarak kar m za ç kmaktad r. Bu gereksinimi kar layacak çözüm yakla mlar ndan birisi güvenilen bir otoriteyi vekil olarak kullanmakt r. An lan vekile, kendisi anonim olmamakla beraber anonimli i sa lad için anonim vekil ismi verilmi tir. Önerdi imiz protokol, anonimlik derecesini, öncesinde gerçekle tirdi i Kerberos kimlik denetimi ile kuvvetlendirmeyi amaçlayarak, gruptan sorumlu bir vekil ile grup içi anonimli i sa lamaktad r. Bu konuda, dosya payla m iste inin tüm e lere gönderilmesi ve bu i lemin ifreli olarak yap lmas n [1], karma k bir matematiksel alt yap ya dayal olarak ifreleme a rl kl bir anonimlik protokolü ile birlikte, paketlerin izleyece i güzergah n da anonimlik kapsam nda ele al nmas n [2], kar l kl anonimlik sa lamak amaçl Gizli Payla m Tabanl (Secret Sharing Based) bir protokolün önerildi i, e ler aras mesajla malar n olmas na dayanan kimlik bilgilerinin, paket ak takip edilerek aç a ç kar lmas n n engellenmesini [3], e ler aras ki isel gizlili in konu al nd [4] ve kar l kl anonimlikte en k sa yan t protokolünün uyguland [5] çal malar bulunmaktad r. Önerdi imiz protokolde gruba kat lan e ler, kimlik denetimi Manuscript received November 10, Asst. Prof. Dr. Tu kan Tu lular is with the Department of Computer Engineering, Izmir Institute of Technology, Izmir, Turkey. (tugkantuglular@iyte.edu.tr). Can Arda Müftüo lu is with the Department of Computer Engineering, Izmir Institute of Technology, Izmir, Turkey. (ardamuftuoglu@iyte.edu.tr). Özgür Kaya is with the Department of Computer Engineering, Yasar University, Izmir, Turkey. (ozgur.kaya@yasar.edu.tr). sonras nda güvenilir alan içerisinde oldu u varsay ld için, dosya istek mesajlar n düz metin halinde yollamaktad r. Tüm dosya istek mesajlar, direk olarak e ler aras iletilmek yerine, anonim vekil üzerinden gerçekle tirildi i için, e ler aras kar l kl gizlilik de anonim vekil taraf ndan sa lanmaktad r. Bu çal mada, bir grubu olu turan e lerin istedikleri zaman gruba ba lan p dosya payla m n anonim vekil üzerinden gerçekle tirdikleri ortam modellenmi tir. Kimlik denetimi, gruba kat lma ve dosya sorgulama gibi süreçler tasarlanm ve detaylar aç klanm t r. An lan süreçler kodlanarak bir uygulama haline getirilmi tir. Bu uygulama farkl say da e ten olu an gruplar için laboratuvar ortam nda çal t r lm ve operasyonel de erler elde edilmi tir. Bildirinin içeri i u ekilde düzenlenmi tir: kinci bölümde e ler aras anonim dosya payla m için aç k anahtarl Kerberos kimlik denetimi mekanizmas aç klanm t r. Üçüncü bölümde, geli tirilen uygulama anlat lm ve bu uygulamaya ili kin elde edilen operasyonel de erler izleyen bölümde ortaya konmu tur. II. K ML K DENET M VE GRUBA KATILIM Önerdi imiz modelde, her e sadece anonim vekil ile ileti im içindedir ve di er e lerin kimliklerinden habersizdir. Anonim vekil, e lerin kimliklerini elinde bulunduran tek otoritedir ve kimlik denetimi için Bilet Sa lama Sunucusu ndan yard m al r. Bilet Sa lama Sunucusu kimlik denetimi için aç k anahtarl Kerberos kimlik denetimi protokolünü kullan r. Anonim vekil gruba kat lmak isteyen e in biletini kontrol eder ve e i gruba dahil eder. Anonim vekil ayr ca, kendisine gelen istekleri gruba yay mlaman n yan s ra, gruptan gelen cevaplar al p istek yapan e e iletmekten de sorumludur. A. Sürece Genel Bak E ler için sonlu durum otomat ekil 1 de gösterilmi tir. Ba lang çta, e grup d nda ve Beklemede durumundad r. Bilet Sa lama Sunucusu ile mesaj al veri i sonucu ald bilet, gruba girerken Anonim Vekil taraf ndan kontrol edilir ve do rulan r. Bileti do rulanan e, gruba kat l r ve Haz r durumuna geçer. Grupta bulundu u sürece, haz r durumundad r. E, kendisinin gönderdi i ve di er e lerden gelen istek veya cevap mesajlar n kuyru a ekler. Kuyrukta 242

2 bir mesaj oldu u zaman, e, lem durumuna geçer ve kuyrukta mesaj oldu u sürece onu i lemek üzere, i lem durumunda kal r. E, kuyruk bo ald zaman, tekrar haz r durumuna geçer. Gruptan ç kma eylemini gerçekle tirdi inde ise, e tekrar beklemede durumuna geçer. ekil 2. Kimlik Denetimi Etkinlik emas. ekil 1. E Sonlu Durum Otomat. Önerimizde bir e in, e ler aras do girmeden önce kimlik denetiminden Bunun için Kerberos Kimlik Denetim Aç k anahtar ifrelemesi, Kerberos Ki edilmi tir [6]. Her dosya payla m grubunda, kal ve kimlik denetimi ve dosya payla m grup koordinatörünün yer ald koordinatörü, aç k anahtar ifrelem denetimi i leminden sorumlu Bilet S ve e lerin grup içerisindeki kimlik giz vekilden olu ur. Bu iki servis a olabilece i gibi farkl sunucular üzeri servisin hizmet verdi i kap lar birbirin [1] deki öneriden farkl olarak, a Kerberos kimlik denetimine dayanan kurulmu tur. Bilet Sa lama Sunucu do ruland ktan sonra gruba giren bütü edilir. Bütün istekler anonim vekil üzerinden düz metin olarak iletilir. B. Kimlik Denetimi Anonim dosya payla m için kimlik denetimi ekil 2 de gösterildi i ekilde gerçekle tirilir. Bir e ilk olarak, e ler aras dosya payla m grubuna girebilmek için Bilet Sa lama Sunucusu na ba vurur. E ler isteklerini aç k anahtar yetkili Bilet Sa lama Sunucusu na göndermektedir. Geleneksel Kerberos kimlik denetimi protokolüne iki ad m daha eklenerek, aç k anahtarl ifrelemenin Bilet Sa lama Sunucusu na uygun hale gelmesi sa lanmaktad r [7]. E geleneksel bir Bilet Sa layan Bilet(BSB) ve e ler aras dosya payla m grubuna giri için gereken eri im biletini alabilmek için ortak anahtar yetkili Bilet Sa lama Sunucusu ile ileti ime geçer. Kimlik denetimi ad mlar ve mesajla malar, e ile Grup Koordinatörü nün Bilet Sa lama Sunucusu aras nda gerçekle ir. lama Sunucusu na yetkilendirilmeden minin ba lang c olarak aç k anahtar ulunur. Bilet Sa lama Sunucusu nun rak Aç k Anahtarl Bilet ste i mesaj n gereken anahtar bu ad mda sa lan r. Bilet Sa lama Sunucusu nun kimlik onraki kimlik denetimi mesajlar grup edi i kap üzerinden sa lan r. Sertifika, Bilet Sa lama Sunucusu, kendi aç k ka cevap mesaj n istekte bulunan e e r ise Bilet Sa lama Sunucusu na ait mas için bir Sertifika Otoritesi ne ad m, önerimize ait gerçekle tirdi imiz t r. bir sonraki a amas nda, e Bilet n Bilet Sa layan Bilet temin etmek için u turdu u mesaj, e in gizli anahtar yla n r ve sunucunun aç k anahtar yla nderilen bu mesaj, kimlik denetimi kimlik denetimi ba lang ç zaman, e in usu nun aç k anahtar yla ifreledi i rastgele üretilmi bir K say s n içerir [6]. Bu sayede, sadece Bilet Sa lama Sunucusu e in kimli ini do rulayabilir ve e le en gizli anahtar olan sunucu bu mesaj de ifre edip geçerli bir yan t olu turabilir. E in sahip oldu u sertifika ve kimli i, kimlik denetimi veri alan n n içinde, bir kerelik rastgele üretilen anahtar, Bilet Sa lama Sunucusu nun kimli i, Bilet Sa lama Sunucusu nun ortak anahtar, e in gizli anahtar yla imzalad kimlik denetimi zaman yer al r. Kimlik denetimi veri alan, Kriptografik Mesaj Sözdizimi Standartlar (Cryptographic Message Syntax Standards PKCS #7) [8] sözdizimi standartlar na göre olu turulmu tur. Üretilen rastgele say, istek mesaj n n ifrelenmesinde kullan l r. E in kimli inin düz metin halinde gönderildi i Bilet Sa lama Sunucusu nun sözdizimi kurallar n n aksine, Aç k Anahtarl Bilet ste i mesaj, bu alanda e in kimli i ifreli halde gönderilir. Bilet Sa lama Sunucusu nun, Aç k Anahtarl Bilet ste i 243

3 mesaj na cevap olarak, düz metin halinde Bilet Sa lama Sunucusu nun kimli ini, e ve Bilet Sa lama Sunucusu aras nda payla lan anahtar, e in kimli ini ve kimlik denetimi istek zaman n zaman damgas halinde, sadece Bilet Sa lama Sunucusu taraf ndan bilinen simetrik bir anahtar ile ifreleyerek olu turulan veri alanlar ndan olu an, servis bileti görevini üstlenen Bilet Sa layan Bilet gönderir. Bu ifreleme, e in ald biletin içeri ini de i tirmesini engeller. E ve Bilet Sa lama Sunucusu aras nda payla lan oturum anahtar, tek kullan ml k rastgele olu turulmu anahtar 112 bit Üçlü Veri ifreleme Standard (Triple DES) ile ifrelenir. E taraf ndan rastgele üretilen anahtar tek kullan ml k bir anahtard r ve bu anahtar ayr ca rastgele say görevini de üstlenir. Bilet Sa layan Bileti ald ktan sonra, dosya payla m grubuna eri imi sa layan gerçek bileti almak için e, grup ad n ve Bilet Sa layan Bilet i içeren istek mesaj n gönderir. Bilet Sa layan Bilet, Bilet Sa lama Sunucusu nun simetrik anahtar ile ifrelenmi oldu u için, Bilet Sa lama Sunucusu mesaj de ifre edip, e er mesaj de i tirilmemi se, e e gruba kat labilmesi için gereken bileti cevap olarak gönderir. Gruba kat lmak için e, Anonim Vekil den ald bilet ile eri im iznini talep eder. Anonim Vekil, e ten gelen bileti kontrol ederek e in kimli ini do rular ve gruba kat lma iznini verir. C. E ler Aras Dosya Sorgulamas Kimlik denetimi tamamland ktan sonra e, kimlik bilgileri sakl ekilde bileti (düz metin halinde bulunan koordinatörün kimlik bilgisi, e ile koordinatör aras nda payla lan anahtar, e in kimlik bilgisi ve zaman damgas halinde kimlik denetimi istek zaman ndan olu an) ile güvenilir bölge olarak ele al nan dosya payla m grubuna kat l m iste i gönderir. Yan t olarak koordinatör, e in istenen gruba giri iznini bildirir. E in kimlik bilgisi, payla lan anahtar ile ifrelendi inden anonimlik sa lan r. Bu ad mda, anonim vekil, e in kimlik bilgilerini kendi e tablosuna yerle tirir. Her e in kimli i sadece anonim vekil taraf ndan bilinir. Anonim vekil, gizlili i sa lamak için istekte bulunan ile al c taraf aras nda bir arac görevinde bulunur. Gruba girdikten sonra, e dosya ad n belirterek dosya payla m grubuna bir dosya iste inde bulunur. Bu istek mesaj, anonim vekil üzerinden di er e lere iletilir. Anonim vekil, kendisine gelen istekleri, her birine bir i lem numaras atayarak tan r ve bu iste i i lem tablosuna kaydeder. Dosya istek mesaj n alan e ler, istekte bulunulan dosya ad yla, dosya listelerinden arama yaparlar. Bu dosya kendilerinde mevcut ise, istek mesaj na dosya ad yla yan t verirler. Mevcut de ilse, anonim vekil üzerinden olumsuz yan t gönderilir. Anonim vekil bu mesaj al r, i lem tablosundan arama yaparak istek mesaj n gönderen ki iyi bulduktan sonra yan t bu ki iye iletir ve ilgili kayd i lem tablosundan kald r r (Bknz ekil 3). ekil 3. E ler Aras Dosya Payla m Etkinlik emas. III. UYGULAMA Önerdi imiz modelin uygulamas Java programlama dilinde geli tirilmi tir. Uygulama, E ve Koordinatör olarak isimlendirilen iki ayr projeden olu ur. E, gruba girmek isteyen ve kimlik denetiminden geçecek olan istemci, Koordinatör ise kimlik denetimini sa layan Bilet Sa lama Sunucusu ile dosya istek mesajlar n n anonim olarak gönderilmesine olanak sa layan Anonim Vekil den olu ur. E, bir ana s n ftan ve ona ba l s n flardan olu ur. Uygulamada, tüm mesaj paketlerinin eklendi i bir kuyruk veri yap s kullan lm t r. Bu kuyruk, Koordinatör den gelen ve E in Koordinatör e gönderece i mesaj paketlerini içinde bar nd r r. Okuyucu s n f ayn zamanda bir i parçac s n f olup, Koordinatör den gelen mesaj paketlerini kuyru a eklemeye yarar. letici s n f ise, Okuyucu s n f gibi bir i parçac s n f olup, kuyruktaki mesajlar lemci s n f na girdi olarak verme i ini yapar. lemci s n f da, mesaj n içeri ine göre gerekli i lemi (gönderme, ifreleme, de ifreleme, yeni mesaj haz rlama vb.) yerine getirir. Bu i lemleri yaparken, aç k anahtarl ve simetrik ifrelemelerde Say sal mza ve Anahtar s n flar n kullan r. Aç k anahtarl ifrelemede, RSA ifreleme algoritmas, simetrik ifrelemede ise Üçlü Veri ifreleme Standart (Triple DES), Java güvenlik kütüphanesinden kullan lm t r. Bunun d nda, E s n f ba lang çta bir XML konfigürasyon dosyas ndan, XMLAyr t c nesnesini kullanarak konfigürasyon parametrelerini dosyadan ayr t r r ve lokal de i kenlerine atar. Dosya Zinciri nesnesini kullanarak e, dosya listesini dosyadan okuyup, ayr t r p, bu nesnenin yarat lan bir objesinde saklar. Grup nesnesi ile e, girece i grubu belirledikten sonra bu grubun ip adresi ve port bilgilerini saklar. MesajPaketi nesnesi, mesaj paketlerinin gönderilip al nmas n ve ayr t r labilmesini sa lar. SüreÖlçer s n f ise, uygulaman n simülasyonu yap ld nda, belirlenen zamanlar ölçmek ve bunlar kaydetmek için kullan l r. stemcinin ekil 4 de gösterildi i gibi bir arayüzü bulunur, ve bu arayüz ile seçilen gruba giri veya gruptan ç k, 244

4 ekil 6 da, Anonim Vekil e yap lan gruba kat l m iste inden, yan t al m na kadar geçen zaman n grafi i bulunmaktad r. ekil 4. stemci Kullan c Arayüz Ekran payla lan dosyalar n listelenmesi ve yönetilmesi ve dosya arama gibi fonksiyonlar gerçekle tirilir. Arayüzün Bildirgeler bölümüne, al nan ve gönderilen mesaj içerikleri, gelen dosya istekleri, kar la lan bilgilendirici mesajlar eklenir. t l m ste i Gidi Geli Zaman Grafi i. IV. DENEY Önerdi imiz model, bir yerel a da modelinde bahsedilen, kimlik deneti al nan mesajlar n gidi geli süreleri aktar lm t r. Bu deneyde s ras yla 5, denek gruplar kullan lm t r ve her tekrar edilmi tir. Her tekrardan önce ba lat lm t r ve komut sat r ndan çal ortam na dahil edilmi tir. Önerdi imiz modeli gerçekley programlama dilinin sürümü il gerçekleyen program vas tas yla son sonra Microsoft Excel dosyas na sonuçlar ndan elde edilen ortalama v grafiklerde gösterilmi tir. Matlab yaz kullan larak 2. dereceden polinom polinomlarla elde edilen e riler ilg çizilmi tir. ekil 5 te, sertifika iste i ile ba layan ve gruba kat l m bilet yan t n n al m na kadar geçen kimlik denetim zaman n n grafi i gösterilmi tir. ifika iste i ile ba lay p, e in gruba toplam zaman n grafi i gösterilmi tir. 7. Toplam Zaman Grafi i. Grafikler de, e say s ile zaman n birbirine do ru orant l olarak artt görülmektedir. A ve sunucu ortam ndaki trafi in artmas, istek yan tlar n n gecikmesine, di er bir deyi ile gidi geli zamanlar n n artmas na, dolay s yla da grafiklerdeki e rilerin bu art lara ba l olarak yükselmesine yol açm t r. ekil 5. Bilet ste i Gidi Geli Zaman Grafi i. V. SONUÇ Anonim dosya payla m için olu turulacak gruplara yetkisi olup dahil olmak isteyen e lerin kimlik denetimi için aç k anahtarl Kerberos kimlik denetimi yakla m kullan lm t r. Bu yakla m ile say sal bilet alan e gruba belirlenen politikalar do rultusunda girebilecektir. Biletin varl de i ik güvenlik ve payla m politikalar n n uygulanmas na izin verdi i gibi zaman k s tlar n da resme dahil edebilmektedir. 245

5 Aç k anahtar yakla m ile de anahtar yönetimi problemi konusunda önemli sorunlar a lm bulunmaktad r. An lan avantajlar sebebiyle ortaya konan model bir Java uygulamas na dönü türülmü ve laboratuvar ortam nda denenmi tir. Elde edilen sonuçlardan ç kar lan e riler ile daha fazla e say s na sahip gruplar için yan tlama zamanlar n n tahmin edilebilir olmas na çal lm t r. KAYNAKLAR [1] S. Krishnan, J. Uhlmann, "The design of an anonymous file sharing system based on group anonymity", Information & Software Technology, vol. 46, i. 4, pp , [2] T. Chothia, K. Chatzikokolakis, "A Survey of Anonymous Peer-to-Peer File-Sharing", IFIP International Symposium on Network-Centric Ubiquitous Systems (NCUS 2005). [3] J. Han, Y. Liu, L. Xiao, R. Xiao, L.M. Ni, "A Mutual Anonymous Peerto-Peer Protocol Design", Parallel and Distributed Processing Symposium, th IEEE International, vol., no., pp. 68a-68a, April [4] R. Sherwood, B. Bhattacharjee, and A. Srinivasan, "P5: A Protocol for Scalable Anonymous Communication," in of IEEE Symposium on Security and Privacy, [5] L. Xiao, Z. Xu, X. Zhang, "Low-cost and Reliable Mutual Anonymity Protocols in Peer-to-Peer Networks", IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems, [6] I. Cervesato, A. D. Jaggard, A. Scedrov, J. - K. Tsay, C. Walstad, "Breaking and Fixing Public-key Kerberos" in ASIAN 2006, LNCS, Springer Verlag, Available at [7] M. Sirbu, J. Chuang, "Distributed Authentication in Kerberos Using Public Key Cryptography", Symposium On Network and Distributed System Security, pp , [8] PKCS #7: Cryptographic Message Syntax Standard. Version 1.5, RSA Laboratories,