多目的応用プロトコル中継システム 「ＤｅｌｅＧａｔｅ」の開発 情報処理研究部門 佐藤豊 信条 役に立たない論文・特許より役に立つソフト 二流の研究より一流のモノ作り 小さく産んで大きく育てる 持続的に成長可能なソフトウェア 産地直送ソフトウェア／顔の見えるモノ作り 桃李もの言わざれども下おのずから蹊をなす ＤｅｌｅＧａｔｅとは インターネット用基盤ソフトウェア • 多目的応用プロトコル中継システム（プロキシサー バ） １０年前に電総研で生まれ、持続的成長 • 世界的な老舗プロキシサーバのひとつ 広く世界で使われている純国産プログラム • １４９ヶ国、２万６千以上の利用者サイト DeleGateの概要 1994年生まれ・現在も成長中 多用途プロキシサーバ HTTP,FTP,SMTP,POP,NNTP,Telnet,DNS,SOCKS,SSL,… マルチプラットフォーム対応 アクセス制御、キャッシュ、経路制御、トンネリング、プロトコル変換、 サーバ統合、コンテンツフィルタ、コンテンツ変換、… マルチプロトコル対応 小規模Gopher専用プロキシ（SunOS版）からの持続的な成長 Unix,Windows,OS/2,MacOS-X 配布形態・配布状況 オープンソース・フリーソフト、149カ国・26,000サイト ＤｅｌｅＧａｔｅの用途 インターネットの運用・サーバ構築・利用の支援 セキュリティの向上 性能向上・資源節約 安定性の向上 運用・管理の支援 付加価値実現の支援 ファイアウォール・アクセス制御 キャッシング 動的経路制御・負荷分散 プロトコル変換・サーバ統合 翻訳、暗号化、圧縮 セキュリティのためのＤｅｌｅＧａｔｅの利用例 攻撃者 サービス提供者 利用者 通信プロバイダ 利用例(産総研) 産総研ウェブサーバ http://www.aist.go.jp/ • http://www.aist.go.jp/RIODB/ • http://www.aist.go.jp/GSJ/ • http://www.aist.go.jp/… 監視 ユニットごとに自由なサーバ運用 公開 更新・維持・運用が容易 内部サーバを統合して外部へ公開 一元的なアクセス制御・ログ監視 所内ウェブサーバ 総配布数: 26,270 ソース配布: 20,555 Windows版: 14,285 配布状況(2003年4月) 配布先サイト数 30000 新規サイト １０サイト/日 01年9月 産総研Firewall PASV不可に non-jp jp total 25000 20000 新規サイト １５サイト／日 15000 FreshMeat登録 （主にLinux向け) 10000 Windows版 6月 20 03 年 6月 20 02 年 6月 6月 20 00 年 6月 19 99 年 6月 19 98 年 6月 19 97 年 6月 19 96 年 19 95 年 6月 0 6月 99年11月 BugTraq LinuxG azzete 20 01 年 5000 19 94 年 自宅サーバに切り替え PASV可・匿名可に トップドメイン別配布先サイト数 Jp 10,341 6435 1986 732 259 168 131 630 co or,ne ac gr go ad * 非jp (2003年４月末現在) 15,929 4124 2425 359 337 55 35 com net org edu mil gov 5 biz 5 info 4 int 1051 1019 500 367 356 343 340 217 197 196 196 172 166 166 159 de ru fr au it br uk ca nl se pl cz es ua tw 独 露 仏 濠 伊 伯 英 加 蘭 瑞 波 西 台湾 158 140 135 134 128 111 98 98 92 92 90 85 76 71 68 ch hu at cn ro fi kr be us ar no dk za nz mx 瑞 洪 墺 中国 芬 韓国 白 米 亜 墨 国内への普及 大学 Ac.jp – 732大学、短大、高校、他 全大学（約７００？）中、４３５大学（６２％） 企業 Co.jp – ６４３５社 東証一部上場企業１５０７社中、５０２社（３３％） • 情報通信 ６４社中、４７社（７３％） • 電気機器 １４９社中、９２社（６２％） 個人 開発状況：プログラム規模の推移 140000 v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 プログ ラ ムサイ ズ （行数） 120000 02年12月 SockMux 100000 97年1月 Windowｓ 対応 80000 01年2月 実験的コード 削除 60000 40000 20000 94年6月 配布開始 95年10月 Mimekit ９年間に５２０回の改訂版リリース 20 03 年 3月 20 02 年 3月 20 01 年 3月 20 00 年 3月 19 99 年 3月 19 98 年 3月 19 97 年 3月 19 96 年 3月 19 95 年 3月 19 94 年 3月 94年3月 0 開発開始 現状と今後 実用ソフトとして要求される拡張・改良・修整の継続 • 従来の実装ベースの継続的拡張 • 根本的な作り直し？（実験ソフトから実用ソフトへ） 商用利用へのライセンス供与の開始 １０年後以降の持続的成長のための新機軸の導入 • １０年後のセキュリティモデルを想定した基盤通信機能の検討 背景・動機・目標 必要に迫られて作り始めたソフトが他者にも有用 インターネットから受けた恩恵（フリーソフト）へのお 返し 基盤的ソフトウェアの輸入超過 ソフトウェア防衛（国産ソフトウェア技術の維持） 世界的に一線級のソフトの開発・輸出 DeleGateとは 一般的分類：多機能プロキシサーバ • 「多目的アプリケーションプロトコル中継システム」 単純な原理：アプリケーションプロトコルを中継 • アプリケーション層のプログラム • 中継する内容（プロトコル）を解釈しながら中継 多様な用途：中継時に様々な付加価値を実現 • • • • • ファイアウォール(アクセス制御、フィルタリング) 高速化（キャッシュ） プロトコル変換（暗号化、圧縮、…） コンテンツ変換（翻訳、…） 仕様・実装の変化・不備の緩衝材・パディング クライアント／サーバモデル インターネット上の応用サービスの実現モデル サーバは情報や機能を提供し、クライアントは通信を実行しながら それを利用する 応用プロトコル サーバ/クライアント間の要求・応答の手順とデータの形式 各々の応用サービスごとに規定される ＨＴＴＰ，ＳＭＴＰ，ＦＴＰ，… プロキシサーバ クライアントとサーバの間の通信を中継するサーバ サーキットレベルプロキシ 単なるバイト列として要求と応答を中継 (SOCKS) アプリケーションレベルプロキシ 応用プロトコルに固有な、要求と応答の手順とデータの形式を解釈 しながら中継 現状と今後 安定期 • ゆるやかな持続的成長 • 既存の実装ベースに果てしなく続く改良・修整 • ゆるやかな継続的普及 区切りの時期？ • 実用ソフト化して保守的に、機能的発展の減速 • 商用化への対処 （技術面、ライセンス面） • 実験ソフトから実用ソフトへ、根本的な作り直し？ 次の１０年に向けて • 新たな発展を求めて新機軸の模索 • １０年後以降のセキュリティモデルを考えて先行投資 １０年目のDeleGate 情報処理部門 佐藤豊 要旨 最初の10年を振り返って（反省等） 近況（最近始めたこと） 今後10年の計画？ その先の10年？？ 開発開始時の大目標 (未達成) マルチプロトコルプロキシを題材にした研究 複数の応用プロトコルを統合サポート • 共通要素の抽出、実装上の統合化・ライブラリ化 • プロトコル仕様の重複の整理 共通部分のサブプロトコル化提案 大統一プロトコルの設計 汎用プロトコルインタプリタ・生成系 文字列処理エンジン（分解・合成・適合）の実現 応用層上の多重化通信プロトコルの提案 … 各版での主な新規課題 V.0 1994 V.1 1994 V.2 1995 V.3 1996 V.4 1997 V.5 1998 （成長期？） Gopher（go-far) HTTP, 文字コード変換, 殆どの基本機能実験着手 NNTP, FTP, 各種Unix移植 Mount実用化, originサーバ化着手, CFI着手 Windows移植開始 暗号化プロキシ機能(SSLway), SMTP V.6 1999 バッファ溢れ検出・停止機能, マニュアル整備 V.7 2001 プロキシ認証機能, XSS対応 V.8 2002 セキュリティ関連仕様変更、SockMux着手 （成熟期？停滞期？） 実装コード量の機能別分類 58% プロトコル共通 • • • • • • • • 6.1% 4.3% 4.1% 3.6% 3.5% 3.2% 3.2% 1.9% 移植関連（プラットフォーム依存） MOUNT機能 アクセス／経路制御機能 ホスト名リゾルバ INET (IPアドレス・ソケット依存) 外部フィルタ機能 MIMEフォーマット処理 文字コード変換 42% プロトコル固有 • 12.2% HTTP • 7.6% NNTP • 5.2% FTP • 2.7% SMTP • 1.3% SOCKS • 1.2% Telnet • • • • • • 1.1% 0.8% 0.8% 0.6% 0.5% 0.1% SockMux ICP POP Gopher LDAP IMAP DeleGateが選ばれる理由？ 以下全てを満たす唯一のプロキシサーバ？ マルチプロトコル • ほとんどの基盤的プロトコルをカバー 多機能 • ひととおりのことはできる マルチプラットフォーム • どこでも走る（Ｕｎｉｘ，Ｗｉｎ，Ｍａｃ） オープンソース・フリーソフト 純国産・日本語によるサポートを期待？ 特徴的機能 マウント、経路制御、外部フィルタ DeleGateが選ばれない理由（反省点・課題） とっつきにくさ • 未整備なドキュメント・設定例、FAQ無し • 設定・管理用GUI・対話的IF無し （⇒外付け可） セキュリティ問題 • バッファオーバフロー可能性 （⇒委託可） ライセンスが不明確 • 歴史的事情・内部事情もあって いずれの機能も未完成・非最適 • 最適ソフトは別にある 最初の10年を振り返って １０年前には現在を予想・予測困難 • ドッグイヤーだったし 予想以上・以下・予想外 • DeleGate • 社会状況 背景の変遷・動向 • 次の１０年をどのような前提で考えるか？ 予想以上・以下の状況（ＤｅｌｅＧａｔｅ） 予想程度の普及度 • インターネットの膨張にほぼ伍して 予想以下の技術的進展 • 初期に構想したものの域を出ていない 成長力の減衰 • 実用システムとしての安定性に縛られる • とにかく作ってみる、ことが減少 （蛮勇力の低下） 予想外の状況（社会的背景） 応用層の意外な安定 • HTTPの発展収束・FTP等既存プロトコルとの共存 • プロキシ対応の仕様変更無し 物理層の劇的な発展 • 光ファイバか家庭に • 携帯でインターネット ・・・共有キャッシュ必要性の減少 ・・・圧縮変換プロキシの必要性 ＯＳ / コンピュータの変遷 • Windows, Linux の隆盛 • PCの普及、WSの衰退 基盤的応用プロトコルの栄枯盛衰（DeleGateの今後） 古典的・不死身? 新興・安定化 HTTP, SOCKS, SSL, LDAP 衰退傾向? SMTP, FTP, Telnet （インターネット最古） DNS, POP, IMAP NNTP, ICP, X, CU-SeeMe? 絶滅 Gopher, WAIS, Ident 現状の応用プロトコルの問題（マッチポンプ？） ＦＴＰデータコネクション • データ転送用TCPコネクションの繰り返し接続 • 不必要に高機能な仕様が、セキュリティ上の問題の根源に ＨＴＴＰコネクション再利用（Keep-Alive) • リクエスト毎のくり返し接続 • 場当たり的な解決で、不完全（並列性無し） それぞれに直接にＩＰ上に乗ってるが故の問題 • たてわりの弊害、一国一城。横断的技術調整組織なし。 • 本来、共通に解決可能 応用プロトコルに共通の解決手段 • 並列セッション、圧縮、暗号化 • 共通化の動きも：MIME形式、認証プロトコル等 SockMuxプロトコル アプリケーション層の多重化通信メディア • • • • アプリケーションプログラム間を繋ぐ API:Socketインターフェイス互換 下位層（TCP)の永続的コネクション上を利用 PPPのようなもの？IRC? 当面の実際的応用 • トンネリングプロトコル • FTPデータ、HTTPデータ、…効率的転送 SockMuxで構成される仮想ネットワークへ VIABUS再興？ 1991年頃開発 アプリケーション層上の通信メディア • アプリケーション間の可変長メッセージ通信 • コンテンツによるアドレス（パターンマッチ） • マルチキャスト App. App. ＶＩＡＢＵＳ App. 次の１０年間の課題 バッファオーバフローの根絶（別の記述言語） 設定用インターフェイス（フォーム、言語） 商用化 SockMux（のようなプロトコル） 大統一プロトコル？ テストケースの自動生成 共有ライブラリ、ツールキット化 形式記述＋生成系へ 10年後以降のDeleGate? セキュリティ技術の今後 • フィルタリング vs. 暗号化の衝突 古典的ファイアウォール技術の衰退 • 暗号化通信の普及により、通過コンテンツ不可視に • 現状でもHTTPS/SSLプロキシがあれば何でも通せ てしまう • 物理的単位（ネットワーク、ホスト）での防御の限界 10年後以降のDeleGate？ 仮想ファイアウォール • 仮想プライベートマシン（VPM入れ子） • 仮想プライベートネットワーク（階層的） ←SockMux データの署名に基づくアクセス制御 • 全てのデータ（入れ子）が、作成者の署名付きに • 仮想プライベートマシンを出る時に自動署名付与 • データの仮想マシンへの出入り許可を署名に基づい て制御 おしまい ・・・ インターネットのセキュリティ技術 隔離・隔絶 フィルタリング （⇒ ファイアウォール） （コンテンツレベルの隔離・隔絶） 送信・中継・受信モデル－内容の盗聴と偽造を防ぐ ネットワークレベル ：IPsec 応用レベル：SSL,SSH,S-HTTP,PGP,S/MIME,… 監視・検出 外側と内側モデル－外から内を守る（通信の監査・検閲） ネットワークレベル：ルータ／パケットフィルタリング 応用レベル：プロキシ／応用メッセージプロキシ／応用メッセージ 暗号化・認証 （ネットワークレベル） プライベートアドレス、ＶＰＮ パケット監視 (IDS)、ログ監視、ウィルス走査 セキュリティホール対策 （バグの悪用防止） 発生防止: 言語仕様、コンパイラ、実行時検査、… 悪用防止： アドレスランダム化、繰り返し試行防止、… SockMux 動機 FTP, HTTP, SMTP, … • 共通の並列セッション・データ転送手段 アプリケーション層の多重化通信 • トンネリングのための実現手段 • 接続の繰り返しコスト削減効果 仮想ネットワークの構成 • 応用層ＶＰＮ • ＶＩＡＢＵＳ（１９９１） SockMux実装法（普及法） 既存の応用プログラムへの適用支援 Socket関数の置き換え • Connect関数他 （SOCKSと同様） • マクロ＋静的ライブラリ ／ 動的ライブラリ 入出力関数の置き換え • Read/write関数、send/recv関数 インターネット上の応用サービス の中継･変換・統合技術 プロキシサーバ「ＤｅｌｅＧａｔｅ」 産業技術総合研究所 情報処理研究部門 佐藤豊 http://www.delegate.org/ DeleGateの概要 1994年生まれ・現在も成長中 多用途プロキシサーバ HTTP,FTP,SMTP,POP,NNTP,Telnet,DNS,SOCKS,SSL,… マルチプラットフォーム対応 アクセス制御、キャッシュ、経路制御、トンネリング、プロトコル変換、 サーバ統合、コンテンツフィルタ、コンテンツ変換、… マルチプロトコル対応 小規模Gopher専用プロキシ（SunOS版）からの持続的な成長 Unix,Windows,OS/2,MacOS-X 配布形態・配布状況 オープンソース・フリーソフト、148カ国・24,000サイト DeleGateの多用途化の経緯 必要性 ファイアウォール越え 日本語非対応のブラウザ 低速な広域ネットワーク 不安定なネットワーク接続 ＩＰ的に不連続なネットワーク 内部サーバ群を外部へ提供 翻訳中継・画像圧縮中継 プライバシー保護 ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ 機能 アクセス制御付き中継 コード変換 キャッシュ 経路制御・迂回 トンネリング中継 サーバ統合 外部フィルタ呼び出し 暗号化通信 DeleGateの対応プロトコル 応用プロトコル 応用サービス HTTP,ICP ウェブ、キャッシュ SMTP,POP,IMAP 電子メール NNTP 電子ニュース FTP ファイル転送 SOCKS,VSAP プロキシ中継 SSL 暗号化通信 DNS ドメイン名検索 Telnet,X 遠隔端末 Tcprelay,Udprelay 単純中継 LDAP ディレクトリサービス Lpr 遠隔プリンタ Gopher,Wais,CU-SeeMe,Ident 絶滅？ DeleGateのプログラム規模の推移 ８年間に５００回の改訂版リリース 140000 100000 97年1月 Windowｓ 対応 80000 60000 40000 20000 02 年 3月 20 01 年 3月 20 00 年 3月 20 99 年 3月 19 98 年 3月 19 97 年 3月 19 96 年 3月 19 19 95 年 3月 0 94 年 3月 94年3月 開発開始 94年6月 配布開始 19 プログラムサイズ（行数） 120000 6月 20 02 年 6月 20 01 年 6月 20 00 年 6月 19 99 年 15000 6月 配布先サイト数 20000 19 98 年 6月 19 97 年 6月 19 96 年 6月 19 95 年 6月 19 94 年 DeleGateの配布状況（１） ＋７サイト/日 25000 海外 国内 全体 10000 5000 0 DeleGateの配布状況（２） 140000 （配布元サーバからのダウンロードホスト数） 120000 100000 80000 60000 40000 20000 02 年 6月 20 01 年 6月 20 00 年 6月 20 99 年 6月 19 98 年 6月 19 97 年 6月 19 96 年 6月 19 95 年 6月 19 19 94 年 6月 0 クライアント／サーバモデル インターネット上の応用サービスの実現モデル サーバは情報や機能を提供し、クライアントは通信を実行しながら それを利用する 応用プロトコル サーバ/クライアント間の要求・応答の手順とデータの形式 各々の応用サービスごとに規定される ＨＴＴＰ，ＳＭＴＰ，ＦＴＰ，… プロキシサーバ クライアントとサーバの間の通信を中継するサーバ サーキットレベルプロキシ 単なるバイト列として要求と応答を中継 (SOCKS) アプリケーションレベルプロキシ 応用プロトコルに固有な、要求と応答の手順とデータの形式を解釈 しながら中継 プロキシサーバの種類別得失 サーキットレベルプロキシ（ＳＯＣＫＳ等） 単なるバイト列として要求と応答を中継 実装が容易、全ての応用プロトコルに共通に適用可 中継以外の用途への発展性は乏しい アプリケーションレベルプロキシ 応用プロトコルに固有な要求と応答の手順とデータの形式を理解して中継 実装が複雑（クライアントとサーバのサブセット機能×各プロトコル） 理解している内容にしたがってきめ細かな制御が可能 ただ中継するだけでなく、手順やデータの変換、フィルタ、統合ができる ⇒ 多様な付加価値サービスの実現可能性 DeleGateは両者を実現。後者の可能性を追及 ファイアウォール用プロキシ プロキシの一般的な用途 クライアントサイト側での利用 アクセス制御付き中継 コンテンツキャッシュ 有害コンテンツ除去 サーバ統合プロキシ 複数のサーバを一つのサーバのように見せて提供する サーバサイト側でのサーバ運用維持支援 各部門では独自にローカルにサーバを運用 • 内容の更新やログの管理が容易 各サーバを組織の代表サーバに統合し提供 要求の書き換え・転送 （プロトコル変換） （応答のキャッシュ） 応答の書き換え・転送 コンテンツ変換プロキシ プロキシが中継するコンテンツの変換 翻訳、通訳、圧縮、等、様々な応用 変換機能を外付けするインターフェイスが必要 Ｈｉ， どーも 翻訳 通訳 CFI:Common Filter Interface プロキシに機能を外付けするインターフェイス プロキシサーバ用ＣＧＩ、のようなもの コンテンツ変換、コンテンツフィルタ、プロトコル変換 外付けフィルタプログラム＋ＣＦＩスクリプト 開発の背景・動機 DeleGateに付加価値を付けて商用利用する申し込み 組み込みだとライセンス上の問題が生じる（国有財産 …） 独立なプログラム同士として連携するだけなら無問題 ＣＧＩ的な機能をプロキシに導入するとどうなるかに興味 CGI:Common Gateway Interface 動的コンテンツの提供 外部プログラムによる、 HTTPサーバの機能拡張 インターフェイス仕様 入力 • 環境変数 • プログラム引数 • 標準入力 出力 • 標準出力 プログラム記述言語 任意の言語 適用プロトコル HTTP CFI-CGIとの対比 付加価値サービスの提供 外部プログラムによる、プロ キシサーバの機能拡張 インターフェイス仕様 入力 • 環境変数 • プログラム引数 • 標準入力 出力 • 標準出力、標準エラー出力 プログラム記述言語 任意の言語 適用プロトコル 任意のプロトコル CFIの使用法 CFIスクリプト 適用フィルタの選択 ヘッダの加工 ボディの加工 #!cfi Content-Type: text/ Filter: en2ja -Content-Type:image/gif Filter: gif2jpeg フィルタの挿入位置 -- 要求フィルタ・応答フィルタ・双方向フィルタ CFIによる暗号化プロキシの実現 任意のＳＳＬ非対応プロトコル、ＳＳＬ非対応クライ アント/サーバを、ＳＳＬ対応に SSL用フィルタは、ＣＦＩにより接続(OpenSSL使用) CFIの利点 単純・普遍的なインターフェイス仕様 任意の記述言語でフィルタを実装できる 既存ソフトをフィルタとして再利用が容易 DeleGateを改変せず利用可・独立な頒布 栄枯盛衰する基盤技術からの独立 応用プロトコル 記述言語 コンテンツ変換の応用実例 日本語コード変換 ＪＩＳ，Ｓｈｉｆｔ＿ＪＩＳ，ＥＵＣ－ＪＰ，ＵＴＦ－８ ＳＳＬ暗号化中継 英日翻訳中継 画像圧縮変換中継 Ｏ社、Ｓ社、 農水省農業生物資源研究所＊ Ｈ社 大阪弁変換フィルタ＊ 携帯端末用コンテンツ圧縮・分割フィルタ
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