[論文レビュー] A Combined Dependability and Security Approach for Third Party Software in Space Systems

David Escorial Rico, Mark Hann|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2016

Distributed systems and fault tolerance参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、時空分割と複数のセキュリティレベルを用いて、宇宙システムにおけるサードパーティウェアの信頼性とセキュリティを統合的に確保するフレームワークを提示する。コンポーネントの隔離とセキュリティポリシーの強制により、障害やサイバー脅威に対する耐障害性と信頼性を向上させ、サードパーティウェアの脆弱性に起因するミッションクリティカルなシステム障害のリスクを顕著に低減する。

ABSTRACT

Software components for on-board architectures in the space domain are increasingly reliant on Commercial Off-The-Shelf (COTS), Open Source (OSS) or other third party software products. However, these software components often have not been built with mission critical requirements in mind. Development project teams incorporating these products have limited knowledge of or control over the processes applied during the design, implementation, testing and maintenance of selected COTS/OSS software products. These constraints generate uncertainty of potential software induced failures. Moreover, the lack of information regarding security vulnerabilities increases the risks of their usage, since their exploitation might lead to undesired behaviour of the software and therefore to a system failure. The purpose of this paper is to present a combined approach that takes into account reliability and security enhancements for third party software, based on Time-Space Partitioning and Multiple Levels of Security.

研究の動機と目的

• 宇宙システムにおける第三者的なソフトウェア（COTS や OSS を含む）への依存度の増大に対処すること。これらのソフトウェアはしばしばミッションクリティカルな設計を欠いている。
• サードパーティウェアの開発および保守プロセスに対する制御および可視性が限られていることによるリスクを軽減すること。
• サードパーティコンポーネントに存在する検証不能または未知の脆弱性に起因するソフトウェア障害の可能性に関する不確実性を低減すること。
• 機能的障害およびサイバー脅威の両者に対するシステムの耐障害性を向上させるために、信頼性とセキュリティメカニズムを統合すること。
• 地上での運用に即して実用的かつスケーラブルなフレームワークを提供し、搭載型宇宙ソフトウェアアーキテクチャにおける安全性とセキュリティを確保すること。

提案手法

• 第三者的なソフトウェアコンポーネントを重要なシステム機能から隔離するために、時空分割を採用する。
• 異なるソフトウェアコンポーネント間でアクセス制御および整合性ポリシーを強制するために、複数のセキュリティレベルを実装する。
• 隔離されたパーティション内に故障検出および回復メカニズムを統合する信頼性メカニズムを導入する。
• システムアーキテクチャレベルでセキュリティおよび信頼性制約が正しく強制されていることを形式的手法を用いて検証する。
• 各パーティションが明確に定義されたタイミングおよびセキュリティ境界内で動作する階層型ソフトウェアアーキテクチャを設計する。
• 主要システムへの統合の前に、サードパーティコンポーネントに対してセキュリティハードニング技術を適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 宇宙システムで使用されるサードパーティウェアにおいて、信頼性とセキュリティをどのように統合的に対応できるか。
• RQ2 効果的な隔離とサードパーティウェアコンポーネントの保護を可能にするアーキテクチャパターンは何か。
• RQ3 時空分割は、信頼できないソフトウェアに起因する障害に対してシステムの耐障害性をどのように向上させるか。
• RQ4 複数のセキュリティレベルは、サードパーティウェアの脆弱性をどのように軽減するか。
• RQ5 統合的アプローチにより、ソフトウェア由来の障害またはサイバー攻撃に起因するシステム障害のリスクを低減できるか。

主な発見

• 提案手法は、時空分割を用いてサードパーティウェアコンポーネントを効果的に隔離し、障害の拡大リスクを低減した。
• 複数のセキュリティレベルの強制により、不正アクセスが防止され、重要なシステム機能の整合性が確保された。
• フレームワークにより、隔離されたパーティション内で障害およびセキュリティ違反の検出と封じ込めが可能になった。
• 信頼性とセキュリティメカニズムの統合により、性能に影響を与えることなく、全体のシステム耐障害性が向上した。
• このアプローチは、既存の搭載型アーキテクチャに適用可能であり、ミッションクリティカルシステムにおける段階的導入をサポートする。
• この解決策により、とりわけ COTS や OSS コンポーネントにおけるサードパーティウェアに起因するシステム動作の不確実性が低減した。