A novel, identity-based network architecture for the future internet= Una arquitectura de red basada en identidad para la internet del futuro

Abstract

Con el trabajo realizado en la presente tesis hemos definido una nueva arquitectura de red que presenta un modelo de red diferente para la Internet del Futuro (Future Internet, FI). Hemos abordado los problemas encontrados en el modelo de red actual mediante la introducción del concepto de identidad, entendida como un conjunto de atributos, en las capas intermedias de la red. Nuestra propuesta radica en utilizar una capa de identidad que permita a los objetos de red (network objects) controlar su participación en el mundo digital, creando un panorama, en la esfera de las comunicaciones, que es singular, único y optimizado para cada entidad de red, dando lugar a un plano de identidad que permita a las entidades encontrarse siguiendo un modelo identidad-a-identidad que permite considerar todos los aspectos de las comunicaciones: “con quién estoy hablando”, la confianza que tengo, o incluso la localización donde está teniendo lugar la comunicación. Estos atributos afectan tanto a la seguridad como a la privacidad y están relacionados con la identidad de los participantes. En nuestro trabajo de investigación hemos ahondado también en la discusión acerca de la separación de identificadores y localizadores, extrayendo los requisitos más importantes y generalizando este concepto en la dirección de desacoplar los procesos de identificación y localización. Manteniendo el mismo objetivo, separar la identificación de los elementos del direccionamiento de hosts en la red, la arquitectura propuesta enfatiza el proceso de identificación de forma independiente a los mecanismos subyacentes que se utilizan para direccionar los mensajes en la red. Además, nuestro diseño se ve influenciado por la necesidad de un mecanismo integrado para el descubrimiento de entidades en FI que no requiera la interacción humana, así como la necesidad de una adaptación dinámica de las comunicaciones a los entornos cambiantes en los que tienen lugar. Con el fin de proveer los bloques funcionales apropiados, que incluyan las funcionas necesarias que se han comentado hasta ahora, partiendo de la base de dotar al sistema de la capacidad de evolución y manteniendo desacoplados los procesos de identificación y localización, hemos definido los objetivos principales de la tesis de la siguiente forma: Diseñar, analizar y validar una arquitectura de red altamente modular y evolutiva para la Internet del Futuro, que abstraiga los extremos de comunicación de hosts a objetos de red arbitrarios mediante el uso de sus identidades (conjuntos de atributos) como mecanismo que les permita descubrir, direccionar y comunicarse entre ellos de forma dinámica, inequívoca, segura y privada, en un entorno heterogéneo y cambiante. Para alcanzar estos objetivos hemos diseñado un conjunto de bloques funcionales que trabajan conjuntamente, formando una arquitectura de red completa, o por separado, para proveer cualidades adicionales a otras arquitecturas. Estos componentes son el Domain Trusted Entity Infrastructure (DTEi), el Identity-Based Network Protocol (IBNP), el Ontology-based Distributed Information Network (ODIN), y el Identity-Based Control Plane (IBCP). Aunque estos bloques funcionales están estrechamente relacionados entre sí y acoplados hasta cierto punto, mantienen su independencia para proveer su función de red sin necesidad de desplegar otro componente. Para finalizar, hemos validado las distintas soluciones diseñadas por medio de modelos analíticos y prototipos implementados sobre plataformas reales, evaluando sus funcionalidades, seguridad, factibilidad y rendimiento. Además, hemos integrado las funciones que ofrece nuestra arquitectura con otras arquitecturas de red, particularmente HIMALIS y MOFI, siendo ambas arquitecturas destacadas para FI que a su vez representan dos visiones diferentes de la evolución de la red. Dichas integraciones nos han permitido demostrar la utilidad de nuestros diseños, estableciendo interrelaciones sólidas e identificando tópicos abiertos de investigación para el futuro. A Novel, Identity-Based Network Architecture for the Future Internet Abstract With the work carried out in this thesis we have defined a new network architecture that provides a new network model for the Future Internet (FI). We have addressed the problems found in the network model found in the current Internet by introducing the concept of identity, seen as a set of attributes, to the middle layers of the network. We propose to use an identity layer that enables network entities (objects) to control their involvement in the digital world, creating a view in the communication sphere which is singular, unique, and optimized for every network entity, thus building an identity plane that allows entities to address each other in an identity-to-identity approach that considers all aspects of communications: “to who I am talking to”, the trust I have, or even the location where this is taking place. These attributes affect security and privacy and are related to the identity of the participants. During our research we also delve into the discussion about the separation of identifiers and locators, extracting the crucial requirements behind such approach and generalize the target as decoupling identification and location processes. The objective is the same, to separate node identification from host addressing in the network, but our architecture emphasizes the identification process itself, regardless of the underlying mechanisms to address information among network entities. Moreover, our design is influenced by the need for a better discovery mechanism in the FI that does not require human interaction, as well as the need of a dynamic adaptation of communications to the changing environments where they are taking place. Targeting the provision of proper functional blocks with the necessary functions stated so far, and with the basis established in the ability of evolution as well as the decoupling of identification and location, we define the main objectives of this thesis as follows: To design, analyze, and validate a highly modularized and evolvable network architecture for the Future Internet that abstracts the communication endpoints from hosts to arbitrary network objects by using their identities, seen as attribute sets, as the mechanism to enable them to dynamically discover, address, and communicate each other in an unequivocal, secure, and private way over an heterogeneous and changing environment. In order to achieve such objectives we designed a set of functional blocks that are able to work together, forming a complete network architecture, or separately to provide some additional qualities to other architectures. These components are the Domain Trusted Entity Infrastructure (DTEi), the Identity-Based Network Protocol (IBNP), the Ontology-based Distributed Information Network (ODIN), and the Identity-Based Control Plane (IBCP). Although these functional blocks are closely related to each other, as well as coupled to some extent, they retain their independence so each of them is able to provide its target network function without needing to fully deploy any other. Finally, we validated the designed approaches by means of analytical models and prototype implementations, evaluating their functionality, security, feasibility and performance. Moreover, we have integrated the functions provided by the architecture we designed with other network architectures, particularly HIMALIS and MOFI, which are outstanding architectures for the FI, representing two different visions of the evolution of the network. These integrations allowed us to demonstrate the usefulness of our research results, establishing strong interrelations and identifying open research topics for the future.