[論文レビュー] The role of Blockchain in DDoS attacks mitigation: techniques, open challenges and future directions

Rajasekhar Chaganti, Bharat Bhushan+1 more|arXiv (Cornell University)|Feb 8, 2022

Network Security and Intrusion Detection被引用数 14

ひとこと要約

本稿は、分散型信頼、スマートコントラクト、およびIoT、SDN、クラウド環境間での脅威情報共有を活用することで、ブロックチェーンベースのフレームワークを提案し、DDoS攻撃の緩和を図る。既存の解決策をネットワークベース、攻撃者周辺、被害者周辺、ハイブリッドの4つの配置位置に分類し、ブロックチェーンが検出能力と連携を強化する一方で、スケーラビリティと相互運用性が主な課題であることを示している。

ABSTRACT

With the proliferation of new technologies such as Internet of Things (IOT) and Software-Defined Networking(SDN) in the recent years, the distributed denial of service (DDoS)attack vector has broadened and opened new opportunities for more sophisticated DDoS attacks on the targeted victims. The new attack vector includes unsecured and vulnerable IoT devices connected to the internet, denial of service vulnerabilities like southbound channel saturation in the SDN architecture. Given the high-volume and pervasive nature of these attacks, it is beneficial for stakeholders to collaborate in detecting and mitigating the denial of service attacks in a timely manner. The blockchain technology is considered to improve the security aspects owing to the decentralized design, secured distributed storage and privacy. A thorough exploration and classification of blockchain techniques used for DDoS attack mitigation is not explored in the prior art. This paper reviews and categorizes the existed state-of-the-art DDoS mitigation solutions based on blockchain technology. The DDoS mitigation techniques are classified based on the solution deployment location i.e. network based, near attacker location, near victim location and hybrid solutions in the network architecture with emphasis on the IoT and SDN architectures. Additionally, based on our study, the research challenges and future directions to implement the blockchain based DDoS mitigation solutions are discussed. We believe that this paper could serve as a starting point and reference resource for future researchers working on denial of service attacks detection and mitigation using blockchain technology.

研究の動機と目的

• IoTおよびSDN技術によって拡大するDDoS攻撃の脅威に対処する。
• 特に新規または進化する攻撃パターンの検出に課題を抱える既存のDDoS緩和技術の限界を特定する。
• ネットワークアーキテクチャにおける配置位置に基づいて、ブロックチェーンベースのDDoS緩和ソリューションを体系的に分類する。
• ブロックチェーン統合DDoS防御におけるスケーラビリティ、遅延、相互運用性といったオープンチャレンジングを強調する。
• Ethereum 2.0、並列ブロックチェーン、Xrouterといった新たなブロックチェーン技術を活用した今後の研究方向性を提示する。

提案手法

• ブロックチェーンベースのDDoS緩和ソリューションを、ネットワークベース、攻撃者周辺、被害者周辺、ハイブリッドの4つの配置カテゴリに分類する。
• 許可型またはコンsortiumブロックチェーン上のスマートコントラクトを活用し、自律的システム間で悪意あるIPアドレスを格納および配布する。
• ゲートウェイデバイスにプログラマブルなデータプレーン（P4）を統合し、リアルタイムのトラフィック監視および自動化された緩和処理を可能にする。
• IPFS や Swarm といった分散型ストレージシステムを活用して、脅威インテリジェンスデータをブロックチェーン外に保存することで、ブロックチェーン上のトランザクション負荷を軽減する。
• Ethereum 2.0 のプルーフ・オブ・ステーク共通メカニズムを活用し、DDoS緩和トランザクション処理におけるスケーラビリティ向上とガスコスト低減を実現する。
• Paralism などの並列ブロックチェーン（例：Paralism）やクロスチェーンルーター（例：Xrouter）といった新興技術を活用し、スケーラブルかつマルチチェーンにわたる脅威情報共有を実現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ブロックチェーン技術をどのように異なるネットワークリソース（IoT、SDN、クラウド）に効果的に展開することで、DDoS攻撃の緩和が可能になるか？
• RQ2 攻撃者周辺、被害者周辺、またはネットワークコアにDDoS緩和ソリューションを配置する際の相対的な利点と制限は何か？
• RQ3 Ethereum 2.0 や並列ブロックチェーン、Xrouter といった新たなブロックチェーン技術の進展が、DDoS緩和システムのスケーラビリティとパフォーマンスにどのように寄与するか？
• RQ4 リアルタイムのDDoS検出および応答メカニズムとの統合における主なオープンチャレンジングは何か？
• RQ5 ブロックチェーンを活用して、ステークホルダー間で安全で匿名的かつ効率的な脅威情報共有をどのように実現できるか？

主な発見

• 既存のブロックチェーンベースのDDoS緩和ソリューションの多くは、スマートコントラクトを介して悪意あるIPアドレスの格納と配布に焦点を当てており、主にネットワークベースまたは攻撃者周辺の配置に限られている。
• 被害者周辺およびハイブリッドの配置モデルは未だ十分に検討されておらず、局所的で迅速な応答が可能な緩和戦略における研究ギャップが明らかである。
• Ethereum 2.0 のプルーフ・オブ・ステークへの移行により、トランザクションスループットの向上と遅延の低減が予想され、リアルタイムのDDoS緩和に向けた実用性が高まる。
• Paralism などの並列ブロックチェーンアーキテクチャは無限のスケーラビリティを実現し、複数のサブチェーンをサポートすることで、効率的なアプリケーション間脅威情報共有を可能にする。
• Xrouter などのイントラチェーン通信ツールは、ブロックチェーン間の相互運用性を可能にし、統合的かつ分散型の脅威インテリジェンスネットワーク構築に不可欠である。
• IPFS や Swarm といった分散型ストレージシステムは、大きな脅威インジケーターをブロックチェーン外に保存することで、オンチェーンのデータボリューム増加を抑制し、同時にデータの整合性と可用性を維持する。