I. Tổng Quan Về Mạng Lưới Dữ Liệu Giao Thông Vận Tải
Mạng ngang hàng (peer-to-peer network) là mô hình mạng máy tính phân tán phi tập trung. Các thành phần tham gia được gọi là các nút (nodes/peers) nối với nhau qua các liên kết, có chức năng vừa là máy chủ, vừa là máy khách. Mỗi tác vụ (tra cứu, phát lại các đoạn video, tải file,...) được chia sẻ giữa các nút qua các liên kết mạng. Mỗi nút lại tự đóng góp một phần tài nguyên sẵn có (băng thông, dung lượng bộ nhớ,...) của mình cho hệ thống. Vì vậy, thông tin được chia sẻ giữa các nút mà không cần thiết phải có máy chủ trung tâm và vẫn hoạt động tốt cả khi có một số nút gặp sự cố. Theo tài liệu gốc, mạng ngang hàng được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghệ thông tin, đặc biệt là mạng diện rộng như Internet.
1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Mạng Ngang Hàng
Mạng ngang hàng là một kiến trúc mạng phân tán, nơi các nút mạng có vai trò ngang nhau, vừa cung cấp tài nguyên, vừa sử dụng tài nguyên. Điều này khác biệt so với mô hình client-server truyền thống, nơi có sự phân biệt rõ ràng giữa máy chủ và máy khách. Ưu điểm của mạng ngang hàng là khả năng mở rộng cao, khả năng chịu lỗi tốt và giảm tải cho máy chủ trung tâm. Tuy nhiên, nó cũng đặt ra những thách thức về bảo mật và quản lý tài nguyên. Theo định nghĩa trong tài liệu, mạng ngang hàng là mô hình mạng máy tính phân tán phi tập trung.
1.2. Các Ứng Dụng Tiêu Biểu Của Mạng P2P
Mô hình mạng ngang hàng được ứng dụng rộng rãi trong thực tế, từ những ứng dụng cơ bản như chia sẻ file, cung cấp các nội dung video, điện thoại trực tuyến đến những ứng dụng cho tính toán phân tán, đào tạo trực tuyến,... Hệ thống chia sẻ tập tin (file) là một loại ứng dụng cơ bản của mô hình mạng ngang hàng. Các ứng dụng này kết nối các nút tham gia cho phép phân phối và tải về các tệp tin giữa các nút. Tiêu biểu là BitTorrent (với giao thức BitTorrent), eDonkey2000 (với giao thức Overnet), KaZaA (với giao thức FastTrack) và những hệ thống tương đương, rất hiệu quả trong việc phổ biến và chia sẻ file trên mạng Internet nhất là các file lớn.
1.3. Phân Loại Các Mô Hình Mạng Lưới Dữ Liệu P2P
Dựa vào cấu trúc liên kết giữa các nút mạng trong lớp mạng phủ, mạng ngang hàng có thể được chia thành hai loại sau: Mạng ngang hàng không có cấu trúc và Mạng ngang hàng có cấu trúc. Mạng ngang hàng không có cấu trúc là mô hình mạng có đặc điểm: liên kết giữa các nút trong mạng được thiết lập một cách ngẫu nhiên, không theo theo 1 luật nhất định nào, vì vậy cũng không có mỗi liên quan nào giữa nút với dữ liệu mà nó đang lưu trữ, quản lý. Một nút khi mới gia nhập mạng sẽ kết nối với nút đang ở trong mạng, nó sao chép các liên kết có sẵn của nút này, sau đó dần dần tự bản thân nó sẽ thêm vào các liên kết mới cho mình.
II. Thách Thức An Ninh Mạng Lưới Dữ Liệu Giao Thông Vận Tải
Cùng với những ưu điểm của mô hình mạng ngang hàng có cấu trúc, mạng ngang hàng Chord cũng tồn tại những vấn đề về an ninh và đặc biệt là an toàn trong quá trình định tuyến. Kẻ tấn công khi đã làm chủ được quá trình định tuyến trong mạng có thể điều khiển, khống chế hoạt động truyền thông của các nút mạng. Nút bị nhiễm độc thay vì chuyển các truy vấn định tuyến đến đích thì chúng loại bỏ hoặc chuyển đến một nút đích sai theo ý đồ của kẻ tấn công, từ đó làm giảm độ tin cậy của toàn mạng. Đã có những giải pháp khắc phục và chống lại cuộc tấn công vào quá trình định tuyến như giải pháp của Keith Needels (2008) trong bài báo [8] hoặc phương pháp cải tiến của Nguyễn Minh Thắng (2013) trong bài báo [10] và chúng đã được chứng minh là khá tốt và hiệu quả.
2.1. Các Vấn Đề An Ninh Trong Mạng Lưới Dữ Liệu Phân Tán
Mạng ngang hàng có cấu trúc, mặc dù hiệu quả trong việc định tuyến và tìm kiếm dữ liệu, nhưng cũng dễ bị tấn công. Các cuộc tấn công có thể nhắm vào bảng định tuyến, làm sai lệch thông tin và dẫn đến việc định tuyến sai. Ngoài ra, các nút độc hại có thể chèn các nút giả mạo vào mạng, gây ra các vấn đề về bảo mật và hiệu suất. Việc bảo vệ mạng ngang hàng có cấu trúc đòi hỏi các giải pháp an ninh mạnh mẽ và hiệu quả.
2.2. Tấn Công Định Tuyến Và Phương Pháp Phòng Chống
Tấn công định tuyến là một trong những mối đe dọa lớn nhất đối với mạng ngang hàng có cấu trúc. Kẻ tấn công có thể kiểm soát quá trình định tuyến, chuyển hướng lưu lượng truy cập đến các nút độc hại hoặc chặn các truy vấn. Các phương pháp phòng chống bao gồm sử dụng các giao thức định tuyến an toàn, xác thực các nút mạng và giám sát lưu lượng truy cập để phát hiện các hoạt động đáng ngờ. Theo tài liệu, đã có những giải pháp khắc phục và chống lại cuộc tấn công vào quá trình định tuyến.
2.3. Ảnh Hưởng Của Nút Nhiễm Độc Đến Quá Trình Truy Vấn
Nút nhiễm độc có thể gây ra nhiều vấn đề cho mạng ngang hàng, bao gồm làm sai lệch kết quả truy vấn, từ chối dịch vụ và làm giảm hiệu suất mạng. Các nút nhiễm độc có thể không phản hồi các truy vấn hoặc loại bỏ các truy vấn chuyển qua nó, thay đổi đích đến của truy vấn làm sai lệch kết quả truy vấn. Việc phát hiện và loại bỏ các nút nhiễm độc là rất quan trọng để duy trì tính toàn vẹn và độ tin cậy của mạng.
III. Giải Pháp An Ninh Cho Mạng Lưới Dữ Liệu Giao Thông Kép
Mạng ngang hàng Chord kép (BiChord) [5] được thiết kế dựa trên mạng Chord, là sự mở rộng của mạng Chord về khả năng định tuyến, giờ đây các nút trong mạng Chord kép có thể định tuyến theo hai chiều, cùng chiều kim đồng hồ (kế thừa từ Chord) và ngược chiều kim đồng hồ. Với việc xây dựng cấu trúc chỉ mục mới, mạng Chord kép đã cho thấy khả năng định tuyến hiệu quả hơn mạng Chord. Tuy nhiên cũng như các mạng ngang hàng khác, nó cũng tồn tại những vấn đề gây mất an toàn trong quá trình định tuyến, nút nhiễm độc có thể không hồi đáp hoặc loại bỏ các truy vấn chuyển qua nó, thay đổi đích đến của truy vấn làm sai lệch kết quả truy vấn,... vì vậy khắc phục những vấn đề an ninh định tuyến trên Chord kép cũng cần phải được nghiên cứu và giải quyết.
3.1. Cấu Trúc Chỉ Mục Trong Mô Hình Mạng Chord Kép
Mạng Chord kép (BiChord) là một cải tiến của mạng Chord, cho phép định tuyến theo cả hai chiều, giúp tăng hiệu quả và khả năng chịu lỗi. Cấu trúc chỉ mục trong BiChord được xây dựng dựa trên cấu trúc của Chord, nhưng có thêm các liên kết ngược chiều, cho phép các nút tìm kiếm các nút khác một cách nhanh chóng và hiệu quả hơn. Việc xây dựng cấu trúc chỉ mục mới giúp mạng Chord kép đã cho thấy khả năng định tuyến hiệu quả hơn mạng Chord.
3.2. Thủ Tục Định Tuyến Hiệu Quả Trong Mạng BiChord
Thủ tục định tuyến trong BiChord được thiết kế để tận dụng lợi thế của cấu trúc chỉ mục hai chiều. Khi một nút cần tìm kiếm một nút khác, nó sẽ sử dụng các liên kết xuôi và ngược chiều để tìm đường đi ngắn nhất. Thủ tục định tuyến này giúp giảm số bước nhảy cần thiết để tìm kiếm một nút, cải thiện hiệu suất mạng và giảm độ trễ. Việc xây dựng thủ tục định tuyến hiệu quả là rất quan trọng để đảm bảo tính khả dụng và hiệu suất của mạng.
3.3. Ứng Dụng Giải Pháp Chống Tấn Công Định Tuyến
Để bảo vệ mạng BiChord khỏi các cuộc tấn công định tuyến, có thể áp dụng các giải pháp an ninh như xác thực các nút mạng, sử dụng các giao thức định tuyến an toàn và giám sát lưu lượng truy cập. Các giải pháp này giúp phát hiện và ngăn chặn các nút độc hại, đảm bảo tính toàn vẹn của quá trình định tuyến và bảo vệ mạng khỏi các cuộc tấn công. Hiện tại chưa có giải pháp an ninh định tuyến nào được xây dựng cho mạng Chord kép.
IV. Mô Phỏng Đánh Giá Hiệu Năng Mạng Lưới Dữ Liệu An Toàn
Mục tiêu của luận văn là xây dựng thủ tục định tuyến hiệu quả và ứng dụng các giải pháp chống tấn công định tuyến của Keith Needels trong bài báo [8] trên Chord để áp dụng cho mạng Chord kép. Cấu trúc của luận văn bao gồm 4 chương: Chương 1 giới thiệu các khái niệm, tổng quan về mạng ngang hàng. Chương 2 giới thiệu tổng quan các vấn đề an ninh và phòng chống tấn công trong cấu trúc chỉ mục phân tán. Chương 3 trình bày cấu trúc chỉ mục trong mô hình mạng ngang hàng Chord kép. Chương 4 giới thiệu chi tiết việc xây dựng thủ tục định tuyến trong cấu trúc chỉ mục Chord kép cùng với việc áp dụng các giải pháp an ninh theo [8] qua việc sửa đổi chương trình mô phỏng đồng thời là các đánh giá hiệu năng của các giải an ninh định tuyến đã nêu trong mạng Chord kép.
4.1. Xây Dựng Thủ Tục Định Tuyến Trong Mạng Chord Kép
Việc xây dựng thủ tục định tuyến hiệu quả trong mạng Chord kép đòi hỏi việc tận dụng tối đa cấu trúc chỉ mục hai chiều. Thủ tục định tuyến cần phải đảm bảo tính chính xác, hiệu quả và khả năng chịu lỗi. Các yếu tố cần xem xét bao gồm số bước nhảy trung bình, độ trễ và khả năng phục hồi sau sự cố. Thủ tục định tuyến cần phải được thiết kế để hoạt động tốt trong các điều kiện mạng khác nhau.
4.2. Ứng Dụng Giải Pháp An Ninh Định Tuyến Từ Chord
Các giải pháp an ninh định tuyến đã được phát triển cho mạng Chord có thể được áp dụng cho mạng Chord kép. Tuy nhiên, cần phải điều chỉnh và tối ưu hóa các giải pháp này để phù hợp với cấu trúc và đặc điểm của mạng Chord kép. Các giải pháp an ninh cần phải đảm bảo tính hiệu quả, khả năng mở rộng và khả năng tương thích với các giao thức định tuyến khác.
4.3. Đánh Giá Hiệu Năng Của Giải Pháp An Ninh
Việc đánh giá hiệu năng của các giải pháp an ninh định tuyến là rất quan trọng để đảm bảo tính hiệu quả và khả năng ứng dụng của chúng. Các chỉ số hiệu năng cần được đo lường bao gồm tỷ lệ truy vấn thành công, độ trễ, số bước nhảy trung bình và khả năng chịu lỗi. Kết quả đánh giá hiệu năng sẽ giúp xác định các giải pháp an ninh tốt nhất cho mạng Chord kép.
