P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中安全問(wèn)題的研究

王一飛

摘要：該文介紹了P2P應(yīng)用以及P2P應(yīng)用所面臨的安全問(wèn)題，針對(duì)這些安全問(wèn)題進(jìn)行分析研究，提出了一種P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的安全策略。

關(guān)鍵詞：P2P；對(duì)等網(wǎng)；用戶識(shí)別；安全策略；安全威脅

近年來(lái)，隨著P2P（Peer-to-Peer）技術(shù)的日趨成熟，基于P2P網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)和壯大，P2P技術(shù)應(yīng)用主要集中在：1）分布式計(jì)算。P2P技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)中眾多計(jì)算機(jī)暫時(shí)不用的計(jì)算能力連接起來(lái)，用這積累起來(lái)的巨大的計(jì)算能力來(lái)解決問(wèn)題。如有許多大型的計(jì)算，比如某些天體力學(xué)中的計(jì)算，單靠一個(gè)或數(shù)個(gè)PC的計(jì)算能力是不可能完成的，甚至單個(gè)的大型計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力也不能滿足其需求；2）交互應(yīng)用。交互應(yīng)用是指Internet上用戶之間的實(shí)時(shí)通信，比如即時(shí)消息、語(yǔ)音聊天、視頻聊天等。這是我們平時(shí)經(jīng)常用到的P2P技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例。在交互的過(guò)程中，應(yīng)包括信息的發(fā)布者，信息的接受者和管理員三種角色；3）文件共享。文件共享也是P2P技術(shù)的重要應(yīng)用之一。有三種角色參與了文件共享的過(guò)程，即文件的發(fā)布者、文件的接受者和管理員。

1P2P應(yīng)用帶來(lái)的安全問(wèn)題

基于P2P的分布式計(jì)算所面臨的可靠性和安全性問(wèn)題，遠(yuǎn)比單機(jī)的計(jì)算任務(wù)要復(fù)雜得多。在計(jì)算任務(wù)的提交者（分布式計(jì)算用戶）將計(jì)算任務(wù)（可以包含應(yīng)用程序、數(shù)據(jù)、結(jié)果位置、需要的資源、通知機(jī)制等）提交后，有一個(gè)中心的管理服務(wù)器（不是必需的，可以由發(fā)起者完成管理工作）按照一定的策略，將工作分配下去，于是開(kāi)始了該分布式計(jì)算的過(guò)程。而對(duì)于提供這些計(jì)算資源的用戶，分布式計(jì)算程序應(yīng)該對(duì)他們盡量透明，分布式計(jì)算程序不影響他們現(xiàn)行的工作，他們也不知道使用其計(jì)算資源的用戶身份、分布式計(jì)算程序的具體操作和得到的數(shù)據(jù)信息。

基于P2P的交互應(yīng)用信任模型很依賴于具體應(yīng)用實(shí)例的特殊性以及所包含內(nèi)容的敏感度。對(duì)于傳輸內(nèi)容有一定敏感性的應(yīng)用，可能存在著以下這些安全威脅：1）竊?。旱谌娇梢杂帽O(jiān)聽(tīng)信道或橋接攻擊的方法非法得到通信內(nèi)容；2）篡改：第三方可以用橋接攻擊的方法，改變被傳輸?shù)膬?nèi)容；3）偽裝：偽裝通訊的某一方，騙取通訊內(nèi)容。

基于P2P的文件共享應(yīng)用過(guò)程中，文件的發(fā)布者希望知道：誰(shuí)是文件的接受者、他是否有權(quán)限接受此文件。文件的接受者希望所接受的文件就是他想要的，即要保證文件的完整性。管理員希望對(duì)文件內(nèi)容可以做一定的審記。另外，為了保證文件的安全傳輸，也要防止數(shù)據(jù)在傳輸期間可能受到的攔截攻擊。

2P2P系統(tǒng)安全策略的研究

根據(jù)上述P2P的三種應(yīng)用中我們分析出的安全威脅，我們可以得到我們的安全機(jī)制所要完成的工作包括：

1）用戶身份的識(shí)別與認(rèn)證

這在三種應(yīng)用中都有必要，可以說(shuō)是整個(gè)P2P安全機(jī)制中的核心內(nèi)容，在分布式計(jì)算中，要對(duì)計(jì)算任務(wù)的提交者進(jìn)行身份認(rèn)證，防止對(duì)計(jì)算資源的非授權(quán)使用；在交互應(yīng)用中，要對(duì)交互對(duì)手的身份進(jìn)行驗(yàn)證，重點(diǎn)是對(duì)信息發(fā)布者的身份進(jìn)行驗(yàn)證，防止偽裝攻擊；在文件共享中，用身份認(rèn)證保證文件訪問(wèn)控制的正確實(shí)施。

2）基于資源的訪問(wèn)控制

與身份認(rèn)證組合使用，保證只有被授權(quán)的合法用戶才能得到想要的資源。

3）安全傳輸

無(wú)論是分布式計(jì)算中的數(shù)據(jù)和結(jié)果傳輸，交互應(yīng)用中的交互信息，文件共享中的文件傳輸，都需要一個(gè)加/解密過(guò)程，來(lái)保證對(duì)應(yīng)內(nèi)容傳輸過(guò)程中不被竊聽(tīng)、篡改。

4）完整性保護(hù)

在分布式計(jì)算，要保證被分發(fā)到各個(gè)計(jì)算資源的程序代碼和數(shù)據(jù)的完整性，保證計(jì)算結(jié)果的完整性；文件共享中要保證被共享文件的完整性。

3P2P系統(tǒng)安全策略的設(shè)計(jì)

首先我們要實(shí)現(xiàn)的就是對(duì)等認(rèn)證，在C/S方式下，用戶可以有多種認(rèn)證方式，最常見(jiàn)的是基于口令的身份認(rèn)證。但這種認(rèn)證方式的安全強(qiáng)度較低，存在著窮舉口令或攔截認(rèn)證報(bào)文等多種可能的攻擊，另外一個(gè)最大的問(wèn)題是，在對(duì)等方式下，沒(méi)有一個(gè)集中存放口令的sever來(lái)驗(yàn)證用戶身份，不可能要求每一個(gè)交互對(duì)手都知道我的口令，所以在P2P方式下，這樣的身份認(rèn)證手段是不適合的。

基于x.509證書的身份認(rèn)證很適合在應(yīng)用P2P技術(shù)的系統(tǒng)中使用，因?yàn)樵谡J(rèn)證過(guò)程中，它并不要求要有一個(gè)sever存在，而是把認(rèn)證建立在雙方對(duì)于簽發(fā)對(duì)方證書的CA的信任之上的。X.509證書是建立在非對(duì)稱加密體制上的，所有人都使用數(shù)字證書（最終成為數(shù)字身份證），所有網(wǎng)絡(luò)上有安全需求的服務(wù)都有基于數(shù)字證書的認(rèn)證過(guò)程才是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全的終級(jí)方案，才能在網(wǎng)絡(luò)上建立和現(xiàn)實(shí)社會(huì)中一樣的安全秩序。

下面我們就給出一個(gè)身份認(rèn)證過(guò)程的實(shí)例來(lái)具體說(shuō)明。

假設(shè)A要驗(yàn)證B的身份，B有由A所信任的CA甲簽發(fā)的數(shù)字證書（所謂信任，一是A承認(rèn)甲的權(quán)威性，同時(shí)A擁有甲的公鑰）。B所擁有的數(shù)字證書當(dāng)然要包含以下內(nèi)容：簡(jiǎn)單的用戶信息，B的公鑰，CA甲對(duì)以上內(nèi)容的簽名（做文摘后甲用私鑰匙加密）交互過(guò)程如下：

1）A要求B提交證書。

2）B向A提交證書，A用甲的公鑰做驗(yàn)證，確認(rèn)證書。

3）A用B的公鑰加密一個(gè)由時(shí)戳生成的隨機(jī)數(shù)，將它發(fā)給B，（同時(shí)再給B一個(gè)對(duì)稱密鑰，或是對(duì)話密鑰）。

4）B用自己的私鑰對(duì)A送回的信息解密，將所得的信息送回（可以用A傳來(lái)的對(duì)稱密鑰加密）。

5）完成身份認(rèn)證過(guò)程。

傳輸安全和部分的完整性保護(hù)工作，我們采用SSL來(lái)完成。SSL工作過(guò)程是在身份認(rèn)證過(guò)程中，交互雙方交換了通訊所要使用的一對(duì)對(duì)稱密鑰匙（會(huì)話密鑰），然后所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)在發(fā)送端加密，在接受方被解密。這樣，就能有效地防止竊聽(tīng)信道、篡改傳輸數(shù)據(jù)等攻擊。

完整性保護(hù)工作的重點(diǎn)是保護(hù)內(nèi)容的完整性，如保護(hù)文件共享時(shí)，文件接受者收到的就是他要求的文件，或者至少他能追查出是誰(shuí)生成了這個(gè)文件。有許多方法可以驗(yàn)證內(nèi)容，包括簡(jiǎn)單的校驗(yàn)和，加密和水印技術(shù)。在保證內(nèi)容完整性的時(shí)候，我們引進(jìn)一種基于非對(duì)稱加密機(jī)制的數(shù)字簽名的機(jī)制：

1）在安全連接建立好后，對(duì)等點(diǎn)A向?qū)Φ赛c(diǎn)B要求一個(gè)內(nèi)容。

2）如果對(duì)等點(diǎn)B創(chuàng)建了該內(nèi)容，它就會(huì)在傳送該內(nèi)容之前為其數(shù)字簽名。如果對(duì)等點(diǎn)B只是發(fā)布在別處創(chuàng)建的內(nèi)容，那么該內(nèi)容是已經(jīng)被簽名過(guò)的。

3）在對(duì)等點(diǎn)A收到內(nèi)容后，它將驗(yàn)證附在內(nèi)容上的數(shù)字簽名。具體過(guò)程是，A對(duì)收到的文件內(nèi)容做文摘，用B的公鑰對(duì)B的簽名解密，將得到的結(jié)果與文摘做比較，就可以得到結(jié)果。

鑒于P2P文件共享時(shí)文件被多次復(fù)制，接受者多半不是從文件的發(fā)布者得到文件，有很大的危險(xiǎn)性。所以對(duì)文件內(nèi)容進(jìn)行校驗(yàn)是十分必要的。

4小結(jié)

本文對(duì)P2P網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中安全問(wèn)題進(jìn)行了分析研究，提出了強(qiáng)認(rèn)證機(jī)制的安全策略，增強(qiáng)了P2P系統(tǒng)的安全性和可審計(jì)性，然而所給的安全解決方案也并不全面，例如沒(méi)有涉及如何解決引入互操作性所帶來(lái)的安全問(wèn)題等，不足之處將會(huì)成為我們?nèi)蘸蟮难芯恐攸c(diǎn)。