48、并行调度具有安全路由的移动代理

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#并行调度 # 移动代理 # 安全路由

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并行调度具有安全路由的移动代理

在当今的网络环境中，如何高效地调度移动代理并保护其路由安全是一个重要的问题。为了避免竞争对手提供更好的价格或服务而不被访问，需要设计新颖的方法。下面将详细介绍相关的调度模型、路由结构以及如何解决安全威胁。

1. 基本安全增强型并行调度模型

1.1 二进制调度模型

假设存在一个由多个市场连接到互联网的基础设施。用户请求通过运行在移动代理主服务器（MSMA）上的代理 AMSMA 进行处理，MSMA 是移动代理的执行环境，可在其中创建或调度客户代理。
- 代理类型 ：
- 工作代理（WA） ：仅负责执行分配给它的任务，如访问数据。
- 主工作代理（PWA） ：除了执行数据访问任务外，还可以调度其他代理。
- 调度过程 ：以二进制调度模型为例，一个代理可以调度另外两个代理，形成二叉树结构。例如，AMSMA 要调度 16 个代理到不同主机，可将它们分为两组，由两个 PWA（如 A1 和 A9）领导。A1 调度 A5 并分配 4 个成员给它，然后 A1 进行虚拟调度，最终成为 WA 开始数据访问任务。
- 调度复杂度 ：当有 n = 2^h 个移动代理，调度一个移动代理的平均时间为时，以二进制方式调度 n 个移动代理的时间为 (h + 1) ，调度复杂度为 O(logn)，该模型既健壮又高效。
- PWA 创建和调度子代理的实现方式 ：
- 方式一 ：MSMA 将子代理传递给 PWA，PWA 创建子代理并封装参数（如路由和任务）后进行调度，此方法在广域网环境中效率较低。
- 方式二 ：将子代理的框架压缩为 .jar 文件，在调度 PWA 时将其附加到 PWA 上，从压缩文件中创建子代理进行调度。
- 方式三 ：采用类似克隆的策略，对于具有相同任务类型的移动代理，PWA 可以通过本地复制并修改静态数据来创建子代理，封装路由后调度到远程主机。

1.2 确保路由结构安全

在基本二进制调度模型中，为了保证健壮性，PWA 必须向主机暴露所有路由信息。为了确保路由安全，应用了加密技术。在二进制调度模型中，路由结构的基本定义如下：
- PWA 在当前主机 CH 的路由结构 ：
[r(CH)=P_{CH}[PWA, ip(RH), r_L, r_R, S_{MSMA}(PWA, ip(PH), ip(CH), ip(RH), r_L, r_R, t)]]
- WA 在当前主机 CH 的路由结构 ：
[r(CH)=P_{CH}[WA, ip(MSMA), S_{MSMA}(WA, ip(PH), ip(CH), ip(MSMA), t)]]
其中，r(CH) 表示当前主机 CH 的路由结构，ip(H) 表示主机 H 的 IP 地址，RH 和 PH 分别表示右子主机和父主机，r_L 和 r_R 分别表示左右子代理的加密路由，P_CH[M] 表示消息 M 由当前主机 CH 的公钥加密，S_MSMA(D) 表示主机 MSMA 使用其私钥 S_MSMA 在文档 D 上签名，t 是签名生成的时间戳。

1.3 具有安全路由的代理调度算法

算法步骤如下：
1. 当代理 A 成功调度到主机 CH 时，使用 CH 的私钥 SCH 解密携带的路由 r(CH)：
[r = S_{CH}[r(CH)]]
2. 如果 A 是 WA，转到步骤 6；否则，A 是 PWA，将另一个代理调度到 ip(RH)，并封装路由 rR 给它。
3. 如果调度成功，主机 RH 将包含其签名的消息发送到 CH：
[msg1 = S_{RH}(Entity_{RS}, ip(RH), t)]
其中，Entity_RS 是调度代理的完整实体，t 是代理成功接收的时间戳。主机 CH 将 S_RH(Entity_RS, ip(RH), t) 作为成功调度记录保存在数据库中。
4. A 尝试完成其左调度，令 r = S_CH[rL]。
5. 如果 A 仍然是 PWA，转到步骤 2；否则，转到步骤 6。
6. A 开始其数据访问任务。
7. 数据访问任务完成后，A 成功向代理 AMSMA 发送消息后进行处理：
[msg2 = P_{MSMA}[ip(PH), ip(CH), Result_{CH}, S_{MSMA}(WA, ip(PH), ip(CH), ip(MSMA), t1), S_{CH}(ip(PH), ip(CH), Result_{CH}, t2)]]
其中，S_MSMA(WA, ip(PH), ip(CH), ip(MSMA), t1) 是来自 MSMA 的签名，用于显示代理的标识，S_CH(ip(RH), ip(CH), Result_CH, t2) 是当前主机 CH 生成的签名，Result_CH 是在 CH 获得的结果，PH 是 CH 的父主机，t2 > t1。

下面是该算法的 mermaid 流程图：

graph TD;
    A[代理 A 调度到主机 CH] --> B[使用 SCH 解密 r(CH)];
    B --> C{A 是 WA?};
    C -- 是 --> F[A 开始数据访问任务];
    C -- 否 --> D[A 调度代理到 ip(RH) 并封装 rR];
    D --> E{调度成功?};
    E -- 是 --> G[主机 RH 发送签名消息到 CH];
    G --> H[主机 CH 保存记录];
    H --> I[A 尝试左调度];
    I --> J{A 仍是 PWA?};
    J -- 是 --> D;
    J -- 否 --> F;
    F --> K[数据访问任务完成];
    K --> L[A 向 AMSMA 发送消息并处理];

2. 解决安全威胁

2.1 防止 PWA 调度子代理的攻击

在调度子代理期间，恶意主机可能偷看代理代码并使其跳过某些层的调度过程。例如，若 H1 使 A1 跳过调度 A5 的过程，AMSMA 无法收到 A5 - A8 中任何代理的消息，会怀疑 A5 未被调度。AMSMA 会要求 H1 和 H5 证明预定义的调度是否执行，由于 H1 无法伪造 H5 的签名，攻击可被检测到。

2.2 路由跳过攻击

在部分调度路由中，一个 PWA 调度另一个 PWA 再调度 WA 的情况下，加密路由采用嵌套结构，PWA 调度代理时不知道代理的类型和成员数量。即使 Hi 预测到 Hk 是其后代并调度伪造代理到 Hk，由于无法伪造签名，攻击也不会成功。

2.3 篡改 PWA 调度代理到错误主机的攻击

恶意主机可能篡改地址，使代理调度到无法提供有竞争力报价的主机。但当代理被调度到错误主机时，其加密路由无法正确解密，或者路由显示是错误目的地，攻击可被检测到，代理将被返回给发送者，错误会被记录。

2.4 WA 结果直接发送到 AMSMA 的问题

在该模型中，WA 完成数据访问任务后，将结果、主机签名和 MSMA 签名加密后直接发送给 AMSMA。这种方式兼顾了安全和性能。另一种方式是 PWA 负责调度代理和收集数据，但可能导致结果被篡改或删除，增加 PWA 负担，性能变差。

2.5 重放攻击

恶意主机可能进行重放攻击，如 Hi 调度 Aj 到 Hj 后，使用伪造代理进行重放调度。但由于 MSMA 签名中的时间戳无法篡改，Hj 可轻松检测到重放攻击，Hi 有被报告的风险。另一种重放攻击是主机伪造 WA 向 AMSMA 发送消息，AMSMA 可通过重复接收情况进行处理。

2.6 勾结攻击

若 Ha 和 Hc 勾结，将代理调度到 Hc 以跳过访问竞争对手 Hb，由于 Hc 难以伪造 Hb 的签名，伪造消息可被检测到。

综上所述，通过采用上述调度模型、确保路由结构安全以及解决各种安全威胁的方法，可以有效地并行调度具有安全路由的移动代理。

3. 调度模型与安全威胁解决方法总结

3.1 调度模型优势对比

调度模型特点	二进制调度模型	传统串行迁移模型
调度效率	调度复杂度为 (O(logn))，可并行调度，效率高	串行调度，效率低
健壮性	可绕过暂时不可达主机，将尝试延迟	对主机可达性要求高，灵活性差
安全性	通过加密技术，仅在必要时暴露地址	可能需暴露更多地址信息，安全性较低

从表格中可以清晰看出二进制调度模型在效率、健壮性和安全性方面的优势。在实际应用中，对于需要快速调度大量移动代理且对安全有较高要求的场景，二进制调度模型是更好的选择。

3.2 安全威胁解决方法总结

安全威胁类型	解决方法	原理
防止 PWA 调度子代理的攻击	AMSMA 要求相关主机证明调度是否执行，验证签名	恶意主机无法伪造其他主机的签名
路由跳过攻击	加密路由采用嵌套结构，签名验证	攻击者无法伪造正确的签名
篡改 PWA 调度代理到错误主机的攻击	验证加密路由和解密结果，记录错误	错误主机无法正确解密或路由显示错误目的地
WA 结果直接发送到 AMSMA 的问题	WA 直接加密结果发送给 AMSMA	减少结果被篡改或删除的风险，降低 PWA 负担
重放攻击	验证签名中的时间戳	时间戳无法篡改，可检测重放攻击
勾结攻击	验证返回消息中的签名	勾结主机难以伪造其他主机的签名

通过对不同安全威胁的分析和相应解决方法的总结，可以看出该模型在应对各种安全威胁时具有较强的能力。

4. 实际应用场景及案例分析

4.1 实际应用场景

电子商务 ：在电子商务平台中，需要调度移动代理到不同的商家主机获取商品信息和价格。采用并行调度具有安全路由的移动代理模型，可以快速获取多个商家的信息，同时保护代理的路由安全，防止商家之间的恶意干扰。
分布式计算 ：在分布式计算环境中，需要将计算任务分配给不同的计算节点。移动代理可以携带计算任务和数据，通过并行调度模型快速到达各个节点，提高计算效率。同时，安全的路由结构可以防止计算节点之间的恶意攻击，保证计算结果的准确性。

4.2 案例分析

假设一个电子商务平台需要获取 16 个不同商家的商品价格信息。采用二进制调度模型，AMSMA 首先调度两个 PWA 到不同的主机，每个 PWA 再依次调度子代理。在调度过程中，通过加密路由结构保证代理的路由安全。
- 调度过程 ：AMSMA 调度 A1 和 A9 两个 PWA，每个 PWA 负责调度 8 个成员。A1 调度 A5 并分配 4 个成员给它，然后依次调度 A3 和 A2，最终 A1 成为 WA 开始数据访问任务。
- 安全保障 ：在整个过程中，各个主机只能获取到必要的路由信息，如右子代理的地址。如果出现恶意主机试图干扰调度过程，如跳过调度或篡改路由，根据前面介绍的安全威胁解决方法，攻击将被及时检测到。

下面是该案例的 mermaid 流程图：

graph TD;
    A[AMSMA] --> B[A1];
    A --> C[A9];
    B --> D[A5];
    B --> E[A3];
    B --> F[A2];
    C --> G[...];
    D --> H[...];
    E --> I[...];
    F --> J[...];
    G --> K[商家主机];
    H --> K;
    I --> K;
    J --> K;
    style A fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style B fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style C fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style D fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style E fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style F fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style G fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style H fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style I fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style J fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    style K fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;