A kiberbiztonság területén, különösen ami a nem megbízható tárolószervereken található tárolás biztonságát illeti, a konzisztens és ellenőrizhető műveleti napló fenntartása a legfontosabb. Ez a követelmény abból adódik, hogy biztosítani kell az adatok integritását, elérhetőségét és bizalmasságát olyan környezetekben, ahol a tárolási infrastruktúra nem megbízható. A nem megbízható tárolószerverek jelentős kockázatokat jelentenek, beleértve az adatok jogosulatlan módosítását, törlését és jogosulatlan hozzáférését. A következetes és ellenőrizhető működési napló tehát fontos szerepet játszik e kockázatok mérséklésében.
A konzisztens műveletnapló a kiszolgálón tárolt adatokkal végrehajtott összes művelet szekvenciális és időrendi feljegyzésére utal. Ennek a naplónak változtathatatlannak és manipulálhatatlannak kell lennie, biztosítva az illetéktelen módosítások észlelését. Egy ilyen napló jelentősége abban rejlik, hogy képes pontos és megbízható előzményeket készíteni az adatokkal való összes interakcióról, ami elengedhetetlen az auditáláshoz, a kriminalisztikai elemzéshez és a szabályozási követelményeknek való megfeleléshez.
A konzisztens és ellenőrizhető műveleti napló eléréséhez többféle technika és technológia alkalmazható. Ide tartoznak a kriptográfiai módszerek, a biztonságos naplózási mechanizmusok és a konszenzusos protokollok. Az alábbiakban részletesen megvizsgáljuk ezeket a módszereket:
Kriptográfiai módszerek
1. Hash láncok: A hash lánc olyan hash értékek sorozata, ahol minden hash érték az előzőtől függ. Ez kapcsolatot hoz létre az egyes naplóbejegyzések között, biztosítva, hogy a bejegyzés bármilyen módosítása megszakítsa a láncot. Például, ha a naplóbejegyzéseket a , a hash lánc a következőképpen állítható fel:
ahol kriptográfiai hash függvényt jelöl, és
összefűzést jelenti. Ez a struktúra biztosítja, hogy a naplóbejegyzések bármilyen manipulálása elkerülhető legyen
eltérést eredményez a következő hash értékekben, ezáltal felfedi a manipulációt.
2. Digitális aláírások: Minden egyes naplóbejegyzést digitálisan aláírhat egy megbízható fél aszimmetrikus kriptográfia használatával. A digitális aláírás hitelességet és integritást biztosít, mivel az aláíró nyilvános kulcsával ellenőrizhető. Például, ha egy naplóbejegyzés privát kulccsal van aláírva
, az aláírás
bárki ellenőrizheti, aki hozzáfér a megfelelő nyilvános kulcshoz
. Ez a módszer biztosítja, hogy minden változtatás a
érvényteleníti az aláírást.
3. Merkle fák: A Merkle-fa egy bináris fa, ahol minden egyes levélcsomópont egy naplóbejegyzés hash-ét, minden belső csomópont pedig a gyermek csomópontjainak kivonatát jelöli. A Merkle-fa gyökere, amelyet Merkle gyökérként ismerünk, egyetlen hash értéket biztosít, amely a naplóbejegyzések teljes halmazát képviseli. A Merkle-fa szerkezet lehetővé teszi a bekerülés hatékony és ellenőrizhető bizonyítását, ami azt jelenti, hogy a teljes napló felfedése nélkül igazolható, hogy egy adott naplóbejegyzés a napló része-e. Ez különösen hasznos az adatvédelem és az integritás megőrzése érdekében.
Biztonságos naplózási mechanizmusok
1. Csak hozzáfűzhető naplók: A csak hozzáfűzhető napló olyan naplóstruktúra, amelyben bejegyzések csak hozzáadhatók, nem módosíthatók vagy törölhetők. Ez a megváltoztathatatlanság biztosítja, hogy a bejegyzés rögzítése után az véglegesen a naplóban maradjon. A csak hozzáfűző naplók megvalósítása jellemzően egyszer írható, többször olvasható (WORM) adathordozót vagy olyan szoftver alapú mechanizmusok alkalmazását foglalja magában, amelyek megakadályozzák a meglévő naplóbejegyzések módosítását.
2. Blockchain technológia: A Blockchain egy decentralizált és elosztott főkönyvi technológia, amely eredendően konzisztens és ellenőrizhető műveleti naplót biztosít. A blokklánc minden blokkja tartalmazza a tranzakciók listáját (naplóbejegyzések), egy időbélyeget és az előző blokk kriptográfiai kivonatát. Ez a blokkok láncolása biztosítja, hogy a blokk bármilyen manipulálása érvénytelenítse a következő blokkokat. A blokklánc technológia konszenzusos protokollokat is alkalmaz az elosztott csomópontok közötti egyetértés eléréséhez, tovább növelve a napló biztonságát és megbízhatóságát.
3. Megbízható végrehajtási környezetek (TEE): A TEE-k, mint például az Intel SGX vagy az ARM TrustZone, biztonságos enklávét biztosítanak a processzoron belül, ahol a kód és az adatok biztonságosan végrehajthatók és tárolhatók. A TEE-k kihasználásával biztosítható, hogy a naplóbejegyzéseket biztonságos és elszigetelt környezetben rögzítsék és karbantartsák, védve a nem megbízható tárolószerver általi manipulálástól. A TEE-k a naplóbejegyzések aláírásához használt kriptográfiai kulcsok biztonságos generálására és tárolására is használhatók.
Konszenzus Protokollok
Az elosztott rendszerekben a naplók konzisztenciájának és ellenőrizhetőségének eléréséhez gyakran konszenzusos protokollokra van szükség annak biztosítására, hogy a rendszer összes csomópontja megegyezzen a naplóbejegyzések sorrendjében és tartalmában. Néhány gyakran használt konszenzusos protokoll:
1. Paxos: A Paxos konszenzusos protokollok családja, amelynek célja az elosztott csomópontok közötti megegyezés elérése meghibásodások esetén. A Paxos biztosítja, hogy minden nem hibás csomópont megegyezzen a naplóbejegyzések azonos sorrendjében, biztosítva a következetesség és a hibatűrés mértékét.
2. Tutaj: A Raft egy másik konszenzusos algoritmus, amely érthetőbb és könnyebben megvalósítható, mint a Paxos. A Raft a konszenzusos folyamatot a vezetőválasztásra, a napló replikációjára és a biztonságra osztja, biztosítva, hogy az elosztott napló konzisztens és ellenőrizhető maradjon.
3. Bizánci hibatűrés (BFT): A BFT protokollokat, mint például a gyakorlati bizánci hibatűrést (PBFT), úgy tervezték, hogy konszenzust érjenek el azokban a rendszerekben, ahol a csomópontok tetszőleges (bizánci) hibákat mutathatnak, beleértve a rosszindulatú viselkedést is. A BFT protokollok biztosítják, hogy a napló konzisztens és ellenőrizhető maradjon még rosszindulatú csomópontok jelenlétében is.
Gyakorlati példa
Fontolja meg azt a forgatókönyvet, amelyben egy pénzintézet nem megbízható felhőalapú tárolási szolgáltatást használ a tranzakciós naplók tárolására. A naplók integritásának és ellenőrizhetőségének biztosítása érdekében az intézmény a következő intézkedéseket hajthatja végre:
1. Hash láncok: Minden tranzakciónapló-bejegyzés kivonatolva van, és egy hash-lánc segítségével kapcsolódik az előző bejegyzéshez. Ez biztosítja, hogy a naplóbejegyzések bármilyen manipulálása észlelhető legyen.
2. Digitális aláírások: Minden naplóbejegyzést digitálisan aláírnak az intézmény privát kulcsával. Ez biztosítja a hitelességet és a letagadhatatlanságot, mivel az aláírás az intézmény nyilvános kulcsával ellenőrizhető.
3. Merkle fák: Az intézmény rendszeres időközönként Merkle-fát készít a naplóbejegyzésekből, és közzéteszi a Merkle gyökerét nyilvános faliújságon vagy blokkláncon. Ezzel bárki ellenőrizheti a naplóbejegyzések sértetlenségét anélkül, hogy hozzáférne a teljes naplóhoz.
4. Blockchain: Az intézmény privát blokkláncon is rögzítheti a tranzakciós naplókat. A blokklánc decentralizált jellege biztosítja, hogy a napló konzisztens és ellenőrizhető maradjon még nem megbízható tárolókiszolgálók jelenlétében is.
5. TEE-k: Az intézmény kihasználhatja a TEE-ket a naplóbejegyzések biztonságos rögzítésére és tárolására egy biztonságos enklávéban, megvédve azokat a nem megbízható tárolószerver általi manipulációtól.
6. Konszenzus Protokollok: Ha az intézmény elosztott tárolási rendszert használ, konszenzusos protokollokat, például Raft vagy PBFT alkalmazhat annak biztosítására, hogy minden csomópont megegyezzen a tranzakciós naplók sorrendjében és tartalmában.
Ezen intézkedések végrehajtásával a pénzintézet konzisztens és ellenőrizhető működési naplót vezethet, biztosítva tranzakciós naplóinak integritását, elérhetőségét és bizalmasságát, még nem megbízható tárolószerverek használata esetén is.
További friss kérdések és válaszok ezzel kapcsolatban EITC/IS/ACSS fejlett számítógépes rendszerek biztonsága:
- Milyen kihívásokkal és kompromisszumokkal jár az időzítési támadások elleni hardveres és szoftveres csökkentés végrehajtása a rendszer teljesítményének megőrzése mellett?
- Milyen szerepet játszik az elágazás-előrejelző a CPU-időzítési támadásokban, és hogyan manipulálhatják a támadók érzékeny információk kiszivárogtatása érdekében?
- Hogyan segíthet az állandó idejű programozás csökkenteni az időzítési támadások kockázatát a kriptográfiai algoritmusokban?
- Mi az a spekulatív végrehajtás, és hogyan járul hozzá a modern processzorok sebezhetőségéhez az olyan időzítési támadásokkal szemben, mint a Spectre?
- Hogyan használják ki az időzítési támadások a végrehajtási idő változásait, hogy érzékeny információkat vonjanak ki a rendszerből?
- Miben különbözik a fork konzisztencia fogalma a lekérés-módosítás konzisztenciától, és miért tekintik a fork konzisztenciát a legerősebb elérhető konzisztenciának a nem megbízható tárolószervereket tartalmazó rendszerekben?
- Melyek a kihívások és a lehetséges megoldások a robusztus hozzáférés-felügyeleti mechanizmusok megvalósításához, amelyek megakadályozzák a jogosulatlan módosításokat egy nem megbízható kiszolgálón lévő megosztott fájlrendszerben?
- Hogyan segíthetnek az olyan titkosítási technikák, mint a digitális aláírás és a titkosítás, biztosítani a nem megbízható szervereken tárolt adatok sértetlenségét és bizalmasságát?
- Mik azok a bizánci szerverek, és hogyan jelentenek veszélyt a tárolórendszerek biztonságára?
- Hogyan járulnak hozzá az olyan protokollok, mint a STARTTLS, DKIM és DMARC az e-mailek biztonságához, és mi a szerepük az e-mailes kommunikáció védelmében?
További kérdések és válaszok az EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security webhelyen