[論文レビュー] Pouring Cloud Virtualization Security Inside Out

Yasir Shoaib, Olivia Das|arXiv (Cornell University)|Nov 14, 2014

Cloud Data Security Solutions参考文献 22被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、クラウドコンピューティングにおける仮想マシン（VM）セキュリティ脅威について包括的なサーベイを提供し、VMエスケープ、VMホッピング、サイドチャnel漏洩、VMベースのルートキット（VMBR）などの攻撃を分析している。クラウド固有のVM脅威の分類を提示し、VMインツォスペクション、イメージスキャン、検出技術などの対策を評価しており、仮想化環境のセキュリティを巡る攻撃者と防御者の間の継続的な敵対的ダイナミクスに焦点を当てる。

ABSTRACT

In this article, virtualization security concerns in the cloud computing domain are reviewed. The focus is toward virtual machine (VM) security where attacks and vulnerabilities such as VM escape, VM hopping, cross-VM side-channel, VM-based rootkits (VMBRs), VM mobility, and VM remote are mentioned and discussed according to their relevance in the clouds. For each attack we outline how they affect the security of cloud systems. Countermeasures and security measures to detect or prevent them through techniques such as VM detection, GuardHype, VM introspection, VM image scanning, etc. are also discussed. Through the surveyed work we present a classification of VM threats within the clouds. Finally, we include our observations and those of other researchers on this matter of cloud virtualization security.

研究の動機と目的

• クラウドコンピューティング環境に特有の仮想マシン（VM）セキュリティ脅威を分析・分類すること。
• VMエスケープ、VMホッピング、およびクロスVMサイドチャネル攻撃などのVMベースの攻撃がクラウド展開に与える関連性と影響を検討すること。
• VMインツォスペクション、GuardHype、VMイメージスキャンなどの既存の検出・防止メカニズムがVMレベルの脅威を緩和する能力を評価すること。
• サーベイされた文献に基づいて、クラウド仮想化におけるVM脅威の構造的分類を提示すること。
• 仮想化クラウドシステムのセキュリティを巡る攻撃者と防御者の間の進化する敵対的関係を強調すること。

提案手法

• 仮想化とクラウドセキュリティに関する既存の文献をサーベイし、繰り返し発生するVM攻撃ベクトルを同定すること。
• VMエスケープ、VMホッピング、サイドチャネル漏洩、VMモビリティを含む攻撃表面に基づいてVM脅威を分類すること。
• VMインツォスペクション、VMイメージスキャン、VM検出技術などの検出・防御メカニズムを分析すること。
• GuardHypeがVMベースのルートキット（VMBR）を緩和する能力を評価すること。
• 攻撃と防御技術をマッピングすることで、悪意ある実行者とセキュリティ研究者との間の継続的な「ねずみ講」的ダイナミクスを示すこと。
• Rutkowska、King、Ristenpartらの研究者からの知見を統合し、トレンドと今後の研究方向性を特定すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 クラウドコンピューティング環境に特有の、最も深刻な仮想マシン（VM）セキュリティ脅威は何か？
• RQ2 VMエスケープ、VMホッピング、およびクロスVMサイドチャネル攻撃などのVMベースの攻撃が、クラウドシステムの整合性をどのように損なうのか？
• RQ3 VMイメージベースの攻撃は、実行中のインスタンスや保存済みイメージなど、さまざまなVM状態にわたり、どの程度持続するのか？
• RQ4 VMインツォスペクション、イメージスキャン、検出技術などの現在の対策が、VMベースの攻撃の防止または検出にどの程度効果的か？
• RQ5 パブリッククラウド、プライベートクラウド、ハイブリッドクラウドの各展開におけるVMセキュリティの脅威プロファイルの主な違いは何か？

主な発見

• VMエスケープとVMホッピング攻撃は、仮想化のバリアが本質的に脆く、隔離性を損なう可能性があることを示しており、クラウドの隔離性に対して直接的な脅威をもたらす。
• クロスVMサイドチャネル攻撃は、共有された物理リソースを悪用して機密情報を漏洩させるものであり、適切なリソース制御がなければ、論理的隔離でも十分でないことを示している。
• VMベースのルートキット（VMBR）は、VMの状態をまたがって持続可能で、巧妙な動作と自己保護メカニズムにより検出を回避する高度な脅威である。
• VMイメージ攻撃は依然として重大なリスクであり、VMイメージ内の脆弱性が複数の派生VMインスタンスにまで拡散され、攻撃表面が拡大するためである。
• VMインツォスペクションやイメージスキャンといった対策は、悪意ある活動の検出に有効であるが、実用的であるためにはクラウド管理スタックへの統合が不可欠である。
• クラウド仮想化のセキュリティ環境は、攻撃者と防御者の間で継続的な敵対的サイクルが特徴づけられており、攻撃の新たなイノベーションに対し、それに応じた防御メカニズムが常に対応している。