著色Petri網(wǎng)在信任協(xié)商中的應(yīng)用研究

王淑平， 陳宏偉， 熊 磊

(湖北工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

在互聯(lián)網(wǎng)日益擴(kuò)大及復(fù)雜的同時(shí)，如何在陌生網(wǎng)絡(luò)實(shí)體之間建立跨安全域的信任關(guān)系是一個(gè)值得研究的領(lǐng)域．自動(dòng)信任協(xié)商(Automation Trust Negotiation，ATN)的提出為解決該問(wèn)題提供了一種較為有效的方法．

1 自動(dòng)信任協(xié)商

自動(dòng)信任協(xié)商是指通過(guò)迭代地交互披露信任證、訪問(wèn)規(guī)則，使得資源的請(qǐng)求方和提供方自動(dòng)地建立信任關(guān)系[1-2]．在一般的自動(dòng)協(xié)商模型中，存在兩個(gè)對(duì)等實(shí)體，其中一方稱之為Server方，是資源擁有方或服務(wù)提供方；另一方被稱之為Client方，是資源的請(qǐng)求方或服務(wù)請(qǐng)求方．由于在陌生域，協(xié)商雙方都認(rèn)為對(duì)方不是完全可信的，敏感的服務(wù)或信息需要經(jīng)過(guò)一定的協(xié)商建立信任后才能訪問(wèn)．在研究自動(dòng)信任協(xié)商的過(guò)程中，基于信任證書屬性的信任協(xié)商和基于信任證可信度的信任協(xié)商是其兩種研究方法[3-4]．

2 基于著色Petri網(wǎng)的ATN模型

基于信任證書屬性的信任協(xié)商交互性直觀，但在證書敏感屬性上的保護(hù)不足，效率不高．基于信任證書可信度的信任協(xié)商隱藏了證書的相關(guān)屬性，采用證書可信度指數(shù)，使得模型交互直觀度降低，但模型簡(jiǎn)單，保護(hù)證書敏感屬性和效率方面相對(duì)較好[5]．本文將兩者結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成一個(gè)<證書集，可信度>二元組，結(jié)合著色Petri網(wǎng)中colored這一概念，將著色Petri網(wǎng)引入到自動(dòng)信任協(xié)商中來(lái)，提出一種新的模型:著色協(xié)商Petri網(wǎng)．

2.1 著色協(xié)商Petri網(wǎng)

著色協(xié)商Petri網(wǎng)是一個(gè)6元組Σ=(P,T;A,C,F,M0)，其中P表示協(xié)商雙方Server和Client各自持有的證書及其可信度元組；T表示信任證之間的運(yùn)算關(guān)系；A表示信任雙方協(xié)商機(jī)制對(duì)應(yīng)的P和T之間的流關(guān)系；C稱為顏色集；F是個(gè)闕值函數(shù)；M0表示網(wǎng)Σ的初始標(biāo)識(shí)．網(wǎng)系統(tǒng)中只存在庫(kù)所和變遷或者變遷和庫(kù)所之間的流關(guān)系，庫(kù)所到變遷之間的流關(guān)系表示∧運(yùn)算，變遷到庫(kù)所之間的流關(guān)系表示∨運(yùn)算．

對(duì)于p∈P，若M(p)=k，表示庫(kù)所p中有k個(gè)托肯，當(dāng)且僅當(dāng)?p∈*t有M(p)F(p,t)，其中F(p,t)是庫(kù)所p到變遷t的有向弧上的闕值函數(shù)，則成變遷t∈T在標(biāo)識(shí)M下是使能的，記做M[t>；若t∈T在標(biāo)識(shí)M下是使能的，則變遷t可以觸發(fā)，在標(biāo)識(shí)M下觸發(fā)以后，演變到新的標(biāo)識(shí)M′，記作M[t>M′．

2.2 證書披露序列

基于著色Petri網(wǎng)的自動(dòng)信任協(xié)商過(guò)程可以認(rèn)為是找到這樣一個(gè)安全序列δ=為一個(gè)變遷序列，使得若存在M0[t1>M1[t2>,…,Mn-1[tn>Mn，使初始標(biāo)識(shí)M0經(jīng)過(guò)變遷到達(dá)標(biāo)識(shí)Mn，則稱δ為一個(gè)披露序列，記δmin為最優(yōu)披露序列．如果雙方不能建立信任，即不存在披露序列，記做δΦ．

3 構(gòu)建著色協(xié)商Petri網(wǎng)

3.1 析取范式映射到著色協(xié)商Petri網(wǎng)

協(xié)商過(guò)程中的信任證Ci相互披露給對(duì)方的過(guò)程中，找出一個(gè)協(xié)商序列使Client方從Server方請(qǐng)求到所需資源或服務(wù)．在著色協(xié)商Petri網(wǎng)中，需要將協(xié)商序列轉(zhuǎn)換成庫(kù)所與變遷之間的流關(guān)系，映射關(guān)系見圖1．

圖 1 析取范式到petri網(wǎng)的映射

2)對(duì)于訪問(wèn)的未受到保護(hù)的信任證，可以在初始時(shí)就直接將TRUE變遷到該庫(kù)所，即c，見圖1(b)；

3.2 著色協(xié)商Petri網(wǎng)構(gòu)建過(guò)程

Client方對(duì)資源R提供者Server方發(fā)出請(qǐng)求后，在基于雙方各自訪問(wèn)控制規(guī)則的基礎(chǔ)上，協(xié)商開始進(jìn)行，即構(gòu)建著色協(xié)商Petri網(wǎng)開始．然后按照如下步驟進(jìn)行：

Step1：初始網(wǎng)為空網(wǎng)，記做ΣΦ；

Step2：將資源R作為庫(kù)所加入到網(wǎng)ΣΦ中，作為庫(kù)所R，將其輸出集加入到變遷集中；

Step3：依據(jù)對(duì)資源R的訪問(wèn)控制規(guī)則R←Tk∨Tk+1∨...∨Tm，將此處Tj(k

Step4：對(duì)于變遷Tj(k

Step5：重復(fù)步驟Step4：，迭代的擴(kuò)展著色協(xié)商Petri網(wǎng)，直至沒(méi)有新的的訪問(wèn)規(guī)則作為庫(kù)所和變遷加入進(jìn)來(lái)；

Step6：著色協(xié)商Petri網(wǎng)構(gòu)建結(jié)束．

4 基于實(shí)例的建模與分析

4.1 構(gòu)建實(shí)例模型

基于自動(dòng)信任協(xié)商實(shí)例的著色協(xié)商Petri網(wǎng)建模，首先要有合理的實(shí)例并對(duì)其進(jìn)行形式化處理，然后通過(guò)相應(yīng)的映射規(guī)則將信任證件集及資源構(gòu)建出相應(yīng)的Petri網(wǎng)模型，最后通過(guò)相關(guān)的分析工具來(lái)對(duì)模型進(jìn)行仿真和修改直到模型完成．

若Server擁有證書集Cs=(S1,S2,S3)及資源R，策略為

PServer={

R←(C1∧C3)∨(C2∧C4)∧(QR=70),

S1←C4∨(C2∧C3)∧(QS2=30),

S2←C2∧(QS2=30),

S3←TRUE

}

Client擁有證書集Cc=(C1,C2,C3,C4)，策略為

PClient={

C1←S1∨S2∧(QC1=25),

C2←S3,

C3←TRUE,

C4←S1∧S3

}

這里，策略中的S3和C3表示這兩個(gè)信任證是未受保護(hù)的信任證，屬于公開性的，協(xié)商雙方可以在協(xié)商過(guò)程中隨時(shí)被披露．Qi的值表示訪問(wèn)該信任證所需要達(dá)到的闕值，通過(guò)同時(shí)滿足信任證披露及闕值最小值，可以得到最優(yōu)披露序列．映射如圖2所示．

圖 2 映射得到的著色協(xié)商Petri網(wǎng)模型

4.2 模型實(shí)例分析

若有Q(S1,S2,S3)=(25,15,0)和Q(C1,C2,C3,C4)=(25,10,0,35)，同時(shí)M0=C3，則有協(xié)商序列：1)C3→S1→C1→S3→C2→S2→(C1)→R，其中信任證擁有的可信度總和為：Σq1=85;2)C3→S1→C4→R,其中，Σq2=70;3)C3→S1→C4→S3→C2→R，其中信任證擁有的可信度總和為Σq3=80．

通過(guò)上述三種披露信任的方式都可以最終請(qǐng)求到資源R，分析可知，除去未受保護(hù)的信任證后，在序列C3→S1→C1→S3→C2→S2→(C1)→R中，協(xié)商雙方共披露了5個(gè)信任證，C1重復(fù)披露，且信任擁有的可信度總和達(dá)到85．同理，序列C3→S1→C4→R中披露了兩個(gè)信任證，可信度為70；序列C3→S1→C4→S3→C2→R中披露了3個(gè)信任證，可信度為80．從協(xié)商效率上來(lái)說(shuō)，顯然序列C3→S1→C3→R為本次協(xié)商的最佳序列，即最優(yōu)披露序列．事實(shí)上，若從安全性角度出發(fā)，序列C3→S1→C1→S3→C2→S2→R雖然要多次披露信任證，但是每個(gè)信任證的可信度較低，這在一定程度上也保證了協(xié)商中相互披露的安全性．

5 結(jié)束語(yǔ)

本文將著色Petri網(wǎng)引入信任策略研究中，提出了一個(gè)基于著色Petri網(wǎng)的自動(dòng)信任協(xié)商模型，并給予實(shí)例進(jìn)行合理的建模及分析．文中所做工作可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)：提出著色Petri網(wǎng)的ATN模型，給出了將析取范式映射到著色協(xié)商Petri網(wǎng)映射規(guī)則，并給出了構(gòu)建著色協(xié)商Petri網(wǎng)的具體步驟；實(shí)例建模并加以分析檢驗(yàn)．通過(guò)實(shí)例分析可以看出，將Petri網(wǎng)應(yīng)用于自動(dòng)信任協(xié)商是可行的，在一定策略中，可以找到最優(yōu)披露序列．本文后續(xù)工作設(shè)想將著色協(xié)商Petri網(wǎng)模型與博弈思想相結(jié)合探討高效安全的協(xié)商策略．

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