[論文レビュー] Automating the Generation of Cyber Range Virtual Scenarios with VSDL

Gabriele Costa, Enrico Di Russo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2020

Software Testing and Debugging Techniques被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ドメイン固有言語である仮想シナリオ記述言語（VSDL）を用いて、複雑なサイバー・レーン仮想シナリオの自動生成を可能にするフレームワークを提案する。VSDLは、ハイレベルなインフラストラクチャ要件を指定する。これらの仕様はSMTソルバを介して形式的に検証され、OpenStackなどのIaaSプラットフォーム向けのデプロイメントスクリプトに自動的に変換される。これにより、手動設定を必要とせず、迅速かつ繰り返し可能で正しいシナリオ作成が可能になる。

ABSTRACT

A cyber range is an environment used for training security experts and testing attack and defence tools and procedures. Usually, a cyber range simulates one or more critical infrastructures that attacking (red) and defending (blue) teams must compromise and protect, respectively. The infrastructure can be physically assembled, but much more convenient is to rely on the Infrastructure as a Service (IaaS) paradigm. Although some modern technologies support the IaaS, the design and deployment of scenarios of interest is mostly a manual operation. As a consequence, it is a common practice to have a cyber range hosting few (sometimes only one), consolidated scenarios. However, reusing the same scenario may significantly reduce the effectiveness of the training and testing sessions. In this paper, we propose a framework for automating the definition and deployment of arbitrarily complex cyber range scenarios. The framework relies on the virtual scenario description language (VSDL), i.e., a domain-specific language for defining high-level features of the desired infrastructure while hiding low-level details. The semantics of VSDL is given in terms of constraints that must be satisfied by the virtual infrastructure. These constraints are then submitted to an SMT solver for checking the satisfiability of the specification. If satisfiable, the specification gives rise to a model that is automatically converted to a set of deployment scripts to be submitted to the IaaS provider.

研究の動機と目的

• 既存のIaaSベースのプラットフォームにおける自動的でスケーラブルかつ繰り返し可能なサイバー・レーンシナリオ生成の欠如に対処すること。
• 訓練効果を低下させる静的かつ再利用されたシナリオに依存することを減らすこと。
• 複雑で時間経過に伴い変化するサイバー・レーンインフラストラクチャを形式的かつ検証可能な方法で指定・デプロイすること。
• 特定の訓練またはテスト目的に適合した多様で機能豊富なシナリオを迅速にデプロイできること。
• OpenStackなどのメジャーなIaaSプロバイダーと統合し、広範な互換性とデプロイポートフォリオを実現すること。

提案手法

• ネットワークトポロジー、ノード役割、ソフトウェア、時間依存的動作といったハイレベルなサイバー・レーンシナリオ要件を表現できるドメイン固有言語（VSDL）を定義する。
• SMTソルバを用いてシナリオの定義を論理的制約としてモデル化し、正しさと一貫性を形式的に検証する。
• 充足可能なVSDLモデルを、OpenStackなどのIaaSプラットフォーム向けの具体的なデプロイメントアーティファクト（例：Terraformスクリプト）にマッピングする。
• IaaSツールがネイティブにサポートしないハードウェアレベルの特徴を反映するために、仮想マシンのフレーバー（例：'mobile.phone'）を動的にカスタマイズする。
• ノードの移行やサービスの可用性変更などの動的変更を含む、指定されたシナリオ意味論に一致する仮想インフラストラクチャを自動的に生成・デプロイする。
• 既存のIaaSスタックと統合することで、互換性を確保し、本番環境でのデプロイパイプラインをサポートする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、保証された正しさと表現力を持つ自動的シナリオ生成が可能になるか？
• RQ2 ハイレベルなドメイン固有言語（VSDL）は、低レベルのIaaS設定を効果的に抽象化しつつ、意味的整合性を保てるか？
• RQ3 SMTソルバをどれほど活用して、デプロイ前にシナリオ定義の形式的検証が可能になるか？
• RQ4 時間依存的動作（例：遅延アクセス、ノード移行）は、仮想シナリオでどのようにモデル化され、強制可能か？
• RQ5 自動シナリオ生成を既存のIaaSインfraストラクチャに統合するためのメカニズムは何か？

主な発見

• SMTベースの検証を用いて、ハイレベルなVSDL定義を正しくデプロイ可能なインフラストラクチャ構成に自動的に変換するフレームワークが成功裏に実現された。
• 手動によるIaaS設定を必要とせず、複雑で時間経過に伴い変化するシナリオを自動生成でき、デプロイエラーと作業負荷が削減された。
• SMTソルバはシナリオ制約の検証に効果的に機能し、生成されたインフラストラクチャの意味的整合性と正しさを保証した。
• フレームワークは遅延したレッドチームアクセスやモバイルデバイスの移行といった動的機能をサポートし、シナリオの現実性を向上させた。
• OpenStackおよびTerraformとの統合により、生成されたシナリオを実用的で本番環境向けにデプロイ可能となった。
• このアプローチは合成性をサポートしており、再利用可能なコンponentsとモジュラーなシナリオ設計に加え、自動検証が可能となった。