[論文レビュー] Asynchronous Reconfiguration with Byzantine Failures

П. Н. Кузнецов, Andrei Tonkikh|SPIRE - Sciences Po Institutional REpository|May 27, 2020

Distributed systems and fault tolerance被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、悪意あるレプリカおよびクライアントに対しても一貫性と可用性を保証する前方安全なデジタル署名を用いた非同期なレプリケートシステムにおけるバシリスキー障害耐性再構成メカニズムを提示する。再構成とコンセンサスを分離し、検証可能な証明を活用することで、古くなった読み取りやサービス拒否攻撃を防ぎ、信頼できる管理者や構成のグローバル順序に依存せずに安全で動的かつ再構成可能な仕組みを実現する。

ABSTRACT

Replicated services are inherently vulnerable to failures and security breaches. In a long-running system, it is, therefore, indispensable to maintain a reconfiguration mechanism that would replace faulty replicas with correct ones. An important challenge is to enable reconfiguration without affecting the availability and consistency of the replicated data: the clients should be able to get correct service even when the set of service replicas is being updated. In this paper, we address the problem of reconfiguration in the presence of Byzantine failures: faulty replicas or clients may arbitrarily deviate from their expected behavior. We describe a generic technique for building asynchronous and Byzantine fault-tolerant reconfigurable objects: clients can manipulate the object data and issue reconfiguration calls without reaching consensus on the current configuration. With the help of forward-secure digital signatures, our solution makes sure that superseded and possibly compromised configurations are harmless, that slow clients cannot be fooled into reading stale data, and that Byzantine clients cannot cause a denial of service by flooding the system with reconfiguration requests. Our approach is modular and based on dynamic Byzantine lattice agreement abstraction, and we discuss how to extend it to enable Byzantine fault-tolerant implementations of a large class of reconfigurable replicated services.

研究の動機と目的

• バシリスキー障害下でも可用性と一貫性を保つ非同期レプリケートサービスの再構成メカニズムを設計すること。
• バシリスキークライアントや改ざんされたレプリカによる、古くなった読み取りやサービス拒否攻撃を防ぐこと。
• 構成のグローバル順序や信頼できる管理者に依存しないこと。
• 前方安全なデジタル署名と検証可能な証明を用いて、安全で動的かつ再構成可能な仕組みを実現すること。
• 再構成可能なレプリケートサービスのバシリスキー障害耐性実装のモジュラー基盤を提供すること。

提案手法

• システムは、再構成調整のコアプリミティブとして、動的バシリスキー格子合意（DBLA）抽象化を用いる。
• クライアントは、現在の構成についてのコンセンサスを必要とせずに再構成およびデータ操作を発行する。
• 構成更新を時系列順に暗号的に検証可能な証明に束ねるために、前方安全なデジタル署名が用いられる。
• 各プロセスは構成のローカル履歴を保持し、前方安全な鍵で更新に署名することで、「まだここにいる」という攻撃や「遅い読者」攻撃を防ぐ。
• クorumベースの署名を用いて検証可能な証明を構築し、正しいプロセスが認証された出力のみを受け入れることを保証する。
• VerifyOutputValue関数を用いて、低レベルコンponentからの出力を連結し、証明を再帰的に検証することで整合性を維持する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 非同期システムにおいてバシリスキー障害下でも再構成を可用性と一貫性を保ちながら実現する方法は何か？
• RQ2 バシリスキークライアントやレプリカが、サービス拒否攻撃や古くなったデータの読み取りを引き起こすのを防ぐ方法は何か？
• RQ3 グローバルな構成順序や信頼できる管理者に依存せずに再構成を実現できるか？
• RQ4 前方安全な署名を用いることで、鍵が漏洩した後も長期にわたり一貫性を保証できるか？
• RQ5 バシリスキー障害耐性で再構成可能なサービスを構築するための最小限の抽象化のセットは何か？

主な発見

• 提案されたプロトコルにより、取り消されたか改ざんされた構成は、前方安全な署名のおかげで無害となる。
• 遅いクライアントは、証明が時系列順の構成に暗号的に束ねられているため、古くなったデータを読み取らされることがない。
• バシリスキークライアントは、すべての再構成リクエストが検証可能な証明を伴うため、システムをサービス拒否攻撃に巻き込むことはできない。
• 現在の構成についてのコンセンサスを必要としないため、システムは高い可用性を達成する。
• 前方安全な署名の使用により、信頼できる鍵管理や構成シーケンスのグローバル順序に依存しなくなる。
• プロトコルはモジュラーであり、多数の再構成可能なレプリケートサービスの実装に拡張可能である。