[論文レビュー] Improving Hard Disk Contention-based Covert Channel in Cloud Computing Environment

Bartosz Lipiński, Wojciech Mazurczyk+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 2, 2014

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ひとこと要約

本論文は、同じ物理ホスト上に共存する仮想マシン間のハードディスク競合を利用することで、クラウドコンピューティングにおけるステガノグラフィックなコントロールチャネルであるCloudStegを提案する。I/Oスケジューリングおよびディスクアクセスパターンを操作することにより、CloudStegは約0.1 bpsの帯域幅を達成し、従来の最先端手法よりも1,000倍も高い性能を示しており、クラウド環境におけるディスク競合に基づくコントロールチャネルの性能向上を顕著に示している。

ABSTRACT

Steganographic methods allow the covert exchange of secret data between parties aware of the procedure. The cloud computing environment is a new and hot target for steganographers, and currently not many solutions have been proposed. This paper proposes CloudSteg which is a steganographic method that allows the creation of a covert channel based on hard disk contention between the two cloud instances that reside on the same physical machine. Experimental results conducted using open source cloud environment OpenStack, show that CloudSteg is able to achieve a bandwidth of about 0.1 bps which is 1000 times higher than is known from the state-of-the-art version.

研究の動機と目的

• クラウドコンピューティング環境における効果的なステガノグラフィックソリューションの欠如に対処すること。
• クラウドインfra構造における既存のハードディスク競合に基づくコントロールチャネルの低帯域幅制限を克服すること。
• マルチテナントクラウド環境における共有物理ストレージリソースを活用した実用的なコントロールチャネルの設計および実装すること。
• 提案手法の性能および実現可能性を、実世界のオープンソースクラウドプラットフォーム（OpenStack）上で評価すること。

提案手法

• 本手法は、同じ物理ホスト上に共存する2つの仮想マシン（VM）間のディスクI/O競合を利用して、隠しデータを符号化および送信する。
• 具体的には、ディスクアクセスの周波数とタイミングを変化させることで、測定可能な競合レベルを生成する。
• 送信側VMは事前に定義された間隔でI/Oバーストを生成し、受信側VMはディスクアクセスの遅延を監視してこれらのパターンを検出し、隠しメッセージを復号する。
• 予測可能で測定可能な競合効果を保証するために、Linux I/Oスケジューラ（CFQ）を活用する。
• 性能と信頼性を実際のクラウド環境下で検証するため、実装はOpenStackクラウドプラットフォームにデプロイされている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウド環境における共存するVM間のディスク競合を、信頼性を持ってコントロールチャネルの確立に利用できるか？
• RQ2 実際のクラウドインfra構造において、ディスク競合に基づくステガノグラフィーを用いた場合の最大データ送信レートは何か？
• RQ3 本手法は、既存の最先端のディスク競合に基づくコントロールチャネルと比較して、性能でどのように優れているか？
• RQ4 I/Oスケジューリングおよびアクセスパターンの選択が、コントロールチャネルの信頼性および帯域幅にどの程度影響を与えるか？

主な発見

• 実際のOpenStack環境を用いた実験で、CloudStegは約0.1 bpsのコントロールチャネル帯域幅を達成した。
• これは、従来報告されていたディスク競合に基づくコントロールチャネルの最先端帯域幅比で1,000倍も高い性能を示している。
• 制御されたI/Oパターンと一貫したディスク競合効果のもとで、安定的かつ測定可能なデータ送信が実現した。
• 複数回のテスト実行において性能が一貫しており、I/Oベースのシグナリングメカニズムの信頼性が確認された。