A bizánci szerverek egy olyan fogalom, amely a Bizánci tábornokok problémájából származik, amely bemutatja a konszenzus elérésének kihívásait az elosztott számítástechnikai rendszerekben, ahol az összetevők meghibásodhatnak, és hiányos az információ. A tárolórendszerekkel összefüggésben a bizánci szerverek olyan tárolócsomópontokat képviselnek, amelyek tetszőleges vagy rosszindulatú viselkedést mutathatnak, beleértve az egymásnak ellentmondó információkat a rendszer különböző részeinek küldését, a válaszadás elmulasztását vagy az adatok megsértésének vagy manipulálásának aktív megkísérlését. Ez a viselkedés jelentős veszélyt jelent a tárolórendszerek biztonságára és megbízhatóságára, különösen az elosztott architektúrákra támaszkodó rendszerekre.
A bizánci tábornokok problémája, amelyet először Leslie Lamport, Robert Shostak és Marshall Pease mutatott be 1982-ben, egy olyan forgatókönyvet ír le, amelyben a tábornokok egy csoportjának meg kell állapodnia egy közös stratégiában a kudarc elkerülése érdekében. A tábornokok egy része azonban áruló lehet, hamis információkat szolgáltatva a konszenzus elkerülése érdekében. Ezt számítógépes rendszerekre fordítva a bizánci hibák tetszőleges hibákra utalnak, amelyek a rendszer bármely részében előfordulhatnak, beleértve a szoftverhibákat, a hardverhibákat vagy a rosszindulatú támadásokat.
A tárolórendszerekben a bizánci szerverek alááshatják az adatok integritását, elérhetőségét és bizalmasságát. Ezek a fenyegetések a következő kategóriákba sorolhatók:
1. Integritási veszélyek: A bizánci szerverek megrongálhatják a rendszerben tárolt adatokat. Ez a korrupció lehet finom, például néhány adatbit megváltoztatása, vagy súlyosabb is, például az adatok hamis információval való teljes helyettesítése. A kihívás az, hogy a bizánci szerverek legtöbbször megfelelően tudnak viselkedni, ami megnehezíti a korrupció azonnali észlelését. Például egy elosztott fájlrendszerben, ha egy bizánci szerver megváltoztatja egy fájl tartalmát, az ugyanazt a fájlt elérő többi kliens hibás adatokat kaphat, ami adatvesztéshez vagy alkalmazáshibákhoz vezethet.
2. Elérhetőségi veszélyek: A bizánci szerverek megzavarhatják az adatok elérhetőségét azáltal, hogy megtagadják a válaszadást a kérésekre vagy késleltetik a válaszokat. Egy elosztott tárolórendszerben, ha a szerverek egy része bizáncivá válik, az olyan helyzethez vezethet, amikor a rendszer nem tudja elérni a szükséges kvórumot az olvasási vagy írási műveletek végrehajtásához, így az adatok gyakorlatilag elérhetetlenné válnak. Például egy felhőalapú tárolási szolgáltatásban, ha több tárolócsomópont nem válaszol a bizánci viselkedés miatt, a felhasználók jelentős késéseket tapasztalhatnak, vagy teljes képtelenséget tapasztalhatnak a tárolt adataikhoz való hozzáférésben.
3. Titoktartási fenyegetések: A bizánci szerverek bizalmas információkat szivárogtathatnak ki illetéktelen feleknek. Ez akkor fordulhat elő, ha a kiszolgálót feltöri egy támadó, aki kiszivárogtatja az adatokat, vagy ha a kiszolgáló szándékosan oszt meg adatokat jogosulatlan entitásokkal. Abban az esetben, ha érzékeny személyes adatokat vagy védett üzleti adatokat tárolnak, az ilyen jogsértések súlyos adatvédelmi megsértésekhez és pénzügyi veszteségekhez vezethetnek.
A bizánci szerverek jelentette kockázatok mérséklésére számos stratégiát és protokollt fejlesztettek ki. Ezek tartalmazzák:
- Bizánci hibatűrési (BFT) protokollok: Ezeket a protokollokat úgy tervezték, hogy bizánci hibák esetén konszenzusra jussanak. Az egyik legismertebb BFT-protokoll a Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), amely lehetővé teszi egy elosztott rendszer számára, hogy az összetevőinek akár egyharmadát is bizánci eredetűek legyenek. A PBFT úgy működik, hogy több másolatot készít az adatokról, és bizonyos számú replikát igényel, hogy megállapodjanak az adatok állapotáról, mielőtt bármilyen műveletet végrehajtottnak tekintenek. Ez biztosítja, hogy még ha egyes replikák bizánciak is, a rendszer továbbra is megfelelően működjön.
- Kódolás és redundancia törlése: A törlési kódolás használatával és az adatok redundáns tárolásával több szerveren, a tárolórendszerek elviselik a bizánci hibákat. A törlési kódolás töredékekre bontja az adatokat, és redundáns információkkal kódolja azokat, így még akkor is, ha egyes töredékek megsérülnek vagy elvesznek, az eredeti adatok rekonstruálhatók. Ez a megközelítés növeli a hibatűrést és biztosítja az adatok elérhetőségét a bizánci szerverek jelenléte ellenére.
- Kriptográfiai technikák: A kriptográfiai módszerek, például a digitális aláírások és a hash függvények alkalmazása segíthet a bizánci szerverek adatsérülésének észlelésében és megelőzésében. Például a kliensek aláírhatják adataikat a tárolás előtt, a tárolószerverek pedig ellenőrizhetik az aláírásokat a visszakereséskor. A bizánci szerver bármilyen módosítása aláírási eltérést eredményez, ami figyelmezteti a rendszert a lehetséges korrupcióra.
- Auditálás és felügyelet: A tárolókiszolgálók rendszeres auditálása és figyelése segíthet a bizánci viselkedés észlelésében. Az adatok integritásának és elérhetőségének folyamatos ellenőrzésével a tárolórendszerek azonosítani és elkülöníteni tudják a bizánci szervereket. Olyan technikák használhatók az adatok integritásának biztosítására, mint például a kihívás-válasz protokollok, amelyeknél a szervereknek bizonyítaniuk kell, hogy továbbra is rendelkeznek a megfelelő adatokkal.
- Replikációs és kvórumrendszerek: Az adatok több szerveren történő replikálása és kvórum alapú megközelítések alkalmazása az olvasási és írási műveletekhez mérsékelheti a bizánci hibák hatását. A kvórumrendszerhez bizonyos számú kiszolgálóra van szükség ahhoz, hogy megállapodjanak egy műveletről a végrehajtás előtt. Ez biztosítja, hogy még ha egyes szerverek bizánciak is, egymaga ne zavarják meg a rendszer működését.
A bizánci hibatűrés gyakorlati megvalósításának példája a Hyperledger Fabric blokklánc platform, amely a PBFT egy változatát használja a csomópontok közötti konszenzus eléréséhez. Ebben a rendszerben a tranzakciókat az ügyfelek javasolják, a partnerek egy része jóváhagyja, majd a bizánci hibákat toleráló konszenzusos mechanizmussal rendelik meg és hagyják jóvá. Ez biztosítja, hogy még akkor is, ha néhány társ rosszindulatú vagy hibás, a blokklánc integritása és konzisztenciája megmarad.
Egy másik példa a Google Spanner, egy globálisan elosztott adatbázis, amely replikáció, kvórumrendszerek és szinkronizált órák kombinációját használja a magas rendelkezésre állás és konzisztencia elérése érdekében. Bár nem kifejezetten bizánci hibatűrésre tervezték, a Spanner architektúrája robusztusságot biztosít bizonyos típusú hibákkal szemben, és biztosítja az adatok integritását és elérhetőségét a földrajzilag szétszórt adatközpontokban.
A bizánci szerverek jelenléte a tárolórendszerekben olyan átfogó biztonsági megközelítést tesz szükségessé, amely többféle technikát és protokollt kombinál. A bizánci hibatűrési protokollok, redundancia, kriptográfiai módszerek, auditálás és kvórumrendszerek alkalmazásával a tárolórendszerek ellenálló képességet érhetnek el a bizánci szerverek által tanúsított önkényes és rosszindulatú viselkedéssel szemben. Ez biztosítja az adatok integritását, elérhetőségét és bizalmasságát, még kifinomult támadások és hibák 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?
- A nem megbízható tárolószerverek kapcsán mi a jelentősége a konzisztens és ellenőrizhető műveleti napló fenntartásának, és hogyan érhető el ez?
- Hogyan segíthetnek az olyan titkosítási technikák, mint a digitális aláírás és a titkosítás, biztosítani a nem megbízható szervereken tárolt adatok sértetlenségét és bizalmasságát?
- 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