आईएचईपी में वितरित कंप्यूटिंग सिस्टम्स में केर्बेरोस टोकन कार्यान्वयन

विषय सूची

1. परिचय

उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान के लिए वितरित कंप्यूटिंग सिस्टम्स में टोकन-आधारित प्रमाणीकरण विधियाँ तेजी से प्रचलित हो रही हैं। वर्ल्डवाइड एलएचसी कंप्यूटिंग ग्रिड (डब्ल्यूएलसीजी) ने इस उद्योग प्रवृत्ति को दर्शाते हुए सभी सेवाओं को डब्ल्यूएलसीजी टोकन का समर्थन करने के लिए अपग्रेड किया है। चीन में इंस्टीट्यूट ऑफ हाई एनर्जी फिजिक्स (आईएचईपी) में, केर्बेरोस टोकन को स्थानीय कंप्यूटिंग क्लस्टरों के भीतर प्राथमिक प्रमाणीकरण तंत्र के रूप में स्थापित किया गया है और अब इसे वितरित कंप्यूटिंग वातावरण तक विस्तारित किया जा रहा है।

2. पृष्ठभूमि और उद्देश्य

आईएचईपी कई चीनी अनुसंधान स्थलों को एकीकृत करने के लिए एक वितरित कंप्यूटिंग प्लेटफॉर्म विकसित कर रहा है। हालाँकि, आईएचईपी में कई दीर्घकालिक प्रयोग, विशेष रूप से बीईएस प्रयोग, डेटाबेस सिस्टम, भंडारण सेवाओं और कंप्यूटिंग संसाधनों सहित स्थानीय क्लस्टर वातावरण के साथ सख्ती से जुड़े हुए हैं। इस चुनौती का समाधान करने के लिए, आईएचईपी ने "क्लस्टर विस्तार" दृष्टिकोण लागू किया जो स्थानीय क्लस्टर क्षमताओं को पारदर्शी रूप से वितरित कंप्यूटिंग वातावरण तक विस्तारित करता है, जिससे बीईएस जॉब न्यूनतम व्यवधान के साथ दूरस्थ स्थलों पर स्थानांतरित हो सकें।

3. तकनीकी चुनौतियाँ

केर्बेरोस टोकन कार्यान्वयन में प्राथमिक चुनौती वितरित वातावरण में टोकन जीवनकाल का प्रबंधन है। आईएचईपी में केर्बेरोस टोकन में आमतौर पर 2-दिन की वैधता अवधि और 7-दिन की नवीनीकरण सीमा होती है। टोकन नवीनीकरण तीन महत्वपूर्ण बिंदुओं पर गारंटीकृत होना चाहिए:

• जॉब सबमिशन चरण
• जॉब कतारबद्ध अवधि
• जॉब निष्पादन चरण

4. सिस्टम आर्किटेक्चर

आईएचईपी में केर्बेरोस टोकन पारिस्थितिकी तंत्र में चार परस्पर जुड़े घटक शामिल हैं जो वितरित कंप्यूटिंग संसाधनों में सहज प्रमाणीकरण प्रदान करने के लिए मिलकर काम करते हैं।

4.1 टोकन निर्माता

टोकन निर्माता केर्बेरोस टोकन उत्पन्न करता है जब उपयोगकर्ता सबमिटर नोड्स में लॉग इन करते हैं और इन टोकन को टोकन भंडार में प्रकाशित करता है। यह घटक उचित वैधता और नवीनीकरण मापदंडों के साथ प्रारंभिक टोकन निर्माण को संभालता है।

4.2 टोकन भंडार

यह केंद्रीकृत भंडारण प्रणाली सभी वर्तमान टोकन फाइलों को बनाए रखती है और इसमें एक रिफ्रेश सेवा शामिल है जो लंबे समय तक चलने वाली कम्प्यूटेशनल जॉब के दौरान समाप्ति को रोकने के लिए समय-समय पर टोकन जीवनकाल को नवीनीकृत करती है।

4.3 टोकन स्थानांतरण

स्थानांतरण तंत्र टोकन फाइलों को भंडार से वितरित स्थलों में वर्कर नोड्स तक सुरक्षित रूप से ले जाता है, यह सुनिश्चित करता है कि जॉब निष्पादन के लिए आवश्यक स्थानों पर टोकन उपलब्ध हों।

4.4 टोकन क्लाइंट इंजन

यह घटक वर्कर नोड्स पर टोकन वातावरण को आरंभ करता है और जॉब निष्पादन के दौरान टोकन जीवनकाल नवीनीकरण का प्रबंधन करता है, जिससे निरंतर प्रमाणीकरण क्षमता प्रदान होती है।

5. कार्यान्वयन विवरण

5.1 गणितीय आधार

केर्बेरोस प्रमाणीकरण सममित कुंजी क्रिप्टोग्राफी और टाइमस्टैम्प-आधारित सत्यापन पर निर्भर करता है। टोकन वैधता को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है:

$V(t) = \begin{cases} 1 & \text{if } t_{current} \leq t_{creation} + t_{valid} \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases}$

जहाँ $t_{valid}$ वैधता अवधि का प्रतिनिधित्व करता है (आमतौर पर आईएचईपी में 2 दिन) और नवीनीकरण $t_{creation} + t_{renew}$ (आमतौर पर 7 दिन) तक की अनुमति है।

5.2 कोड कार्यान्वयन

टोकन नवीनीकरण सेवा निम्नलिखित तर्क को लागू करती है:

class TokenRenewalService:
    def renew_token_if_needed(self, token, current_time):
        """टोकन नवीनीकृत करें यदि समाप्ति के निकट हो"""
        if token.is_expiring_within(threshold=3600):  # 1 घंटे की सीमा
            if current_time <= token.created_time + token.renewal_period:
                new_token = self.kinit_renew(token.principal)
                self.repository.update(token.principal, new_token)
                return new_token
        return token
    
    def kinit_renew(self, principal):
        """केर्बेरोस नवीनीकरण कमांड निष्पादित करें"""
        import subprocess
        result = subprocess.run(['kinit', '-R', principal], 
                              capture_output=True, text=True)
        if result.returncode == 0:
            return self.extract_current_token(principal)
        else:
            raise TokenRenewalError(f"टोकन नवीनीकरण विफल: {result.stderr}")

6. प्रायोगिक परिणाम

केर्बेरोस टोकन सिस्टम को आईएचईपी के वितरित कंप्यूटिंग बुनियादी ढांचे में सफलतापूर्वक तैनात किया गया है। तीन प्रमुख प्रयोग वर्तमान में इस प्रमाणीकरण ढांचे का उपयोग करते हैं:

• एलएचएएसओ (लार्ज हाई एल्टीट्यूड एयर शावर ऑब्जर्वेटरी)
• बीईएस (बीजिंग स्पेक्ट्रोमीटर प्रयोग)
• एचईआरडी (हाई एनर्जी कॉस्मिक-रेडिएशन डिटेक्शन)

ये प्रयोग वितरित स्थलों में ईओएस और लस्ट्रे फाइल सिस्टम में संग्रहीत डेटा को दूरस्थ रूप से एक्सेस करने के लिए केर्बेरोस टोकन का उपयोग करते हैं। इस कार्यान्वयन ने टोकन समाप्ति के कारण न्यूनतम जॉब विफलताओं के साथ विश्वसनीय प्रमाणीकरण प्रदर्शित किया है।

7. विश्लेषण और चर्चा

आईएचईपी के वितरित कंप्यूटिंग वातावरण में केर्बेरोस टोकन का कार्यान्वयन उच्च-ऊर्जा भौतिकी अनुसंधान के लिए प्रमाणीकरण तंत्र में एक महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करता है। यह दृष्टिकोण मौजूदा बुनियादी ढांचे के साथ संगतता बनाए रखते हुए क्रॉस-साइट सुरक्षा में महत्वपूर्ण चुनौतियों का समाधान करता है। कई ग्रिड कंप्यूटिंग वातावरणों में उपयोग की जाने वाली पारंपरिक प्रमाणपत्र-आधारित प्रमाणीकरण (जैसा कि डब्ल्यूएलसीजी तकनीकी रिपोर्ट में दस्तावेज किया गया है) की तुलना में, टोकन-आधारित विधियाँ बेहतर उपयोगिता और कम प्रबंधन ओवरहेड प्रदान करती हैं।

आईएचईपी के कार्य का तकनीकी योगदान व्यापक टूलकिट में निहित है जो वितरित वातावरण में संपूर्ण टोकन जीवनचक्र का प्रबंधन करता है। यह आर्किटेक्चर वेब सेवाओं में ओऑथ 2.0 टोकन प्रबंधन के साथ समानताएँ साझा करता है लेकिन विशेष रूप से वैज्ञानिक कंप्यूटिंग वर्कलोड के लिए अनुकूलित है। स्वचालित रूप से टोकन नवीनीकृत करने की सिस्टम की क्षमता केर्बेरोस की एक मौलिक सीमा को संबोधित करती है—की डिस्ट्रीब्यूशन सेंटर (केडीसी) के लिए निरंतर नेटवर्क कनेक्टिविटी पर इसकी निर्भरता।

झू एट अल (2017) के मूल साइकलजीएएन पेपर के अनुसार, सफल डोमेन अनुकूलन के लिए वातावरणों में मजबूत फीचर प्रतिनिधित्व की आवश्यकता होती है। इसी तरह, आईएचईपी का टोकन सिस्टम विषम कंप्यूटिंग स्थलों में सुरक्षित पहचान प्रतिनिधित्व सक्षम बनाता है। नीडहम-श्रोएडर प्रोटोकॉल विविधताओं पर आधारित केर्बेरोस की गणितीय नींव सिद्ध क्रिप्टोग्राफिक सुरक्षा प्रदान करती है जबकि कार्यान्वयन व्यावहारिक वितरित सिस्टम इंजीनियरिंग जोड़ता है।

तीन प्रमुख प्रयोगों में तैनाती सिस्टम की स्केलेबिलिटी और विश्वसनीयता को प्रदर्शित करती है। यह उपलब्धि विशेष रूप से उल्लेखनीय है क्योंकि उच्च-ऊर्जा भौतिकी वर्कलोड की कम्प्यूटेशनल तीव्रता, जिसमें अक्सर हजारों कंप्यूटिंग नोड्स में पेटाबाइट डेटा प्रोसेसिंग शामिल होती है। आईएचईपी में सफलता से पता चलता है कि समान टोकन-आधारित दृष्टिकोण अन्य वैज्ञानिक कंप्यूटिंग समुदायों को लाभान्वित कर सकते हैं जो वितरित प्रमाणीकरण चुनौतियों का सामना कर रहे हैं।

8. भविष्य के अनुप्रयोग

आईएचईपी में केर्बेरोस टोकन ढांचे के भविष्य के विकास के लिए कई आशाजनक दिशाएँ हैं:

• अंतर्राष्ट्रीय ग्रिड्स के साथ संघीकरण: डब्ल्यूएलसीजी और अन्य अंतर्राष्ट्रीय अनुसंधान ग्रिड्स के साथ टोकन अंतरसंचालनीयता का विस्तार
• क्लाउड एकीकरण: हाइब्रिड क्लाउड वातावरण और वाणिज्यिक क्लाउड प्रदाताओं के लिए टोकन सिस्टम को अनुकूलित करना
• ब्लॉकचेन वृद्धि: बेहतर ऑडिटेबिलिटी और विकेंद्रीकरण के लिए ब्लॉकचेन-आधारित टोकन प्रबंधन की खोज
• मशीन लर्निंग वर्कलोड: सुरक्षित प्रमाणीकरण की आवश्यकता वाले वितरित मशीन लर्निंग फ्रेमवर्क के लिए समर्थन का विस्तार
• क्वांटम-प्रतिरोधी क्रिप्टोग्राफी: टोकन सुरक्षा में पोस्ट-क्वांटम क्रिप्टोग्राफिक एल्गोरिदम के लिए तैयारी

9. संदर्भ

1. डब्ल्यूएलसीजी तकनीकी डिजाइन रिपोर्ट, वर्ल्डवाइड एलएचसी कंप्यूटिंग ग्रिड, 2021
2. न्यूमैन, बी. सी., और सो, टी. (1994)। केर्बेरोस: कंप्यूटर नेटवर्क के लिए एक प्रमाणीकरण सेवा। आईईईई कम्युनिकेशंस
3. ईओएस स्टोरेज सिस्टम डॉक्यूमेंटेशन, सर्न, 2022
4. एक्सरूटडी डॉक्यूमेंटेशन, 2023
5. एलएचएएसओ सहयोग। (2020)। द लार्ज हाई एल्टीट्यूड एयर शावर ऑब्जर्वेटरी
6. बीईएस III सहयोग। (2022)। बीजिंग स्पेक्ट्रोमीटर प्रयोग तकनीकी रिपोर्ट
7. एचईआरडी सहयोग। (2021)। हाई एनर्जी कॉस्मिक-रेडिएशन डिटेक्शन मिशन अवलोकन
8. लस्ट्रे फाइल सिस्टम डॉक्यूमेंटेशन, 2023
9. एएफएस डॉक्यूमेंटेशन, आईबीएम, 2022
10. एक्सकैश डॉक्यूमेंटेशन, 2023
11. झू, जे. वाई., पार्क, टी., इसोला, पी., और एफ्रोस, ए. ए. (2017)। साइकल-कंसिस्टेंट एडवरसैरियल नेटवर्क्स का उपयोग करके अनपेयर्ड इमेज-टू-इमेज ट्रांसलेशन। आईईईई आईसीसीवी