[論文レビュー] Secure Virtual Network Embedding In A Multi-Cloud Environment

Max Alaluna, Luís Ferrolho+3 more|arXiv (Cornell University)|Mar 3, 2017

Software-Defined Networks and 5G参考文献 16被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、マルチクラウド環境向けにセキュリティと信頼性を最優先事項として統合した、安全な仮想ネットワーク埋め込みフレームワークを提案する。問題を混合整数線形計画法（MILP）として定式化し、マッピング効率、暗号化、信頼実行、クロスクラウド信頼レベルを統合最適化することで、適切なコストモデル下でセキュリティに配慮した埋め込みが利益を向上させられることを示している。

ABSTRACT

Recently-proposed virtualization platforms give Cloud users the freedom to specify their network topologies and addressing schemes. These platforms have, however, been targeting a single datacenter of a cloud provider, which is insufficient to support (critical) applications that need to be deployed across multiple trust domains while enforcing diverse security requirements. This paper addresses this problem by presenting a novel solution for a central component of network virtualization –the online network embedding, which finds efficient mappings of virtual networks requests onto the substrate network. Our solution considers security as a first class citizen, enabling the definition of flexible policies in three central areas: on the communications, where alternative security compromises can be explored (e.g.,encryption); on the computations, supporting redundancy if necessary while capitalizing on hardware assisted trusted executions; across multiples clouds, including public and private facilities, with the associated trust levels. We formulate the solution as a Mixed Integer Linear Program (MILP), and evaluate our proposal against the most commonly used alternative. Our analysis gives insight into the trade-offs involved with the inclusion of security and trust into network virtualization, providing evidence that this notion may enhance profits under the appropriate cost models.

研究の動機と目的

• 既存のプラットフォームが単一データセンターに焦点を当てているのに対し、マルチ信頼ドメインネットワーク仮想化のサポートが不足している点を解決すること。
• 通信、計算、複数のクラウド環境（パブリックおよびプライベート）にわたる柔軟なセキュリティポリシーを、信頼レベルの異なる環境で実現すること。
• 仮想ネットワーク埋め込みプロセスにセキュリティと信頼性を最優先の制約および目的として統合すること。
• 仮想ネットワークマッピングにおけるセキュリティオーバーヘッドと運用効率のトレードオフを評価すること。
• 現実的なコストモデル下で、セキュリティに配慮した埋め込みが非セキュアな代替手法に比べて利益を向上させられることを実証すること。

提案手法

• セキュアな仮想ネットワーク埋め込み問題を、混合整数線形計画法（MILP）として定式化し、サブストレートマッピングとセキュリティ制約を統合最適化する。
• 通信経路における暗号化ポリシーを設定可能なオプションとして統合し、柔軟なセキュリティトレードオフを可能にする。
• 計算セキュリティのためのハードウェア支援型信頼実行環境（TEE）をサポートし、必要に応じてリダンドンスや隔離を実現する。
• パブリックおよびプライベートクラウドを含む複数のクラウド間の信頼レベルをモデル化し、これらのレベルに基づいてマッピング意思決定を強制する。
• セキュリティポリシーをサブストレートマッピングプロセスに統合し、仮想ネットワークリクエストが信頼できる安全なサブストレートリソースにのみマッピングされるように保証する。
• MILPを用いて、統一された最適化フレームワーク下でリソース割り当て、セキュリティメカニズム、信頼制約を同時に最適化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 仮想ネットワーク埋め込みを、多様な信頼ドメインとセキュリティ要件を有するマルチクラウド環境にどのように拡張できるか。
• RQ2 暗号化、信頼実行、クロスクラウド信頼性を埋め込みプロセスに統合した場合のパフォーマンスとコストのトレードオフは何か。
• RQ3 セキュリティおよび信頼制約の統合が、仮想ネットワークマッピングの効率性と実現可能性に与える影響は何か。
• RQ4 現実的なコストモデル下で、セキュアな埋め込みアプローチが非セキュアな代替手法に比べて利益を向上させられるか。
• RQ5 マルチクラウド仮想ネットワーク埋め込みにおいて、セキュリティ、パフォーマンス、リソース利用効率をバランスさせる際の主な設計的トレードオフは何か。

主な発見

• 提案されたMILPベースのアプローチは、多様なセキュリティおよび信頼ポリシーを強制しながら、複数のクラウドにわたる仮想ネットワークのマッピングに成功している。
• セキュリティに配慮した埋め込みにより、暗号化オーバーヘッド、信頼実行、リソース効率の間で柔軟なトレードオフが可能になる。
• ハードウェア支援型信頼実行環境の統合により、計算セキュリティが向上するが、性能の著しい低下を伴わない。
• モデルは、セキュリティと信頼性を埋め込みに統合することで、適切なコストモデル下で利益の向上が可能であることを示している。
• 評価結果から、本手法は特に異種マルチクラウド環境下で、従来の埋め込み手法に比べてセキュリティカバレッジと信頼適合性の両面で優れた性能を示している。