[論文レビュー] Unidirectional Secure Information Transfer via RabbitMQ

Marcel Maatkamp|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2015

Big Data Technologies and Applications被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、データダイオードを介してRabbitMQを用いた単方向の安全な情報伝送を実現するコスト効果的でオープンソースのソリューションを提案している。この手法により、エンドツーエンド暗号化を伴うメッセージバストラフィックの透明なミラーリングが可能となり、非対称鍵暗号化とメッセージキューイングを活用した双方向に類似したデータフローのセキュリティが実証された。本手法は、空気ギャップネットワークを越えて機密データ、ならびに証拠として受理可能な情報の転送が可能であることが示された。

ABSTRACT

Protecting computer systems handling possible sensitive information is of the utmost importance. Those systems are typically air-gapped with data diodes to assure that no information can physically flow back. Traditional computer protocols like HTTP or SOAP which are normally used to transport information between computers are typical bi-directional communication protocols and are thus unsuitable to be used over a data diode. Currently the only commercially available protocols over a data diode sold by vendors are file-based protocols. Other protocols can be custom made but are expensive and proprietary. There are currently no open source solutions to stream data in a generic way over a data diode other than those file-based solutions. Purpose of the dissertation is to research if open source technology can be used to mirror the contents of a messagebus over a data diode to get a cost effective security-proof and almost maintenance-free solution. and to further research if this technology can be used to transfer not only plain text data but also data sensitive by nature by using end-to-end encryption so that this information could even be admitted as evidence. Method used to validate the research is a practical case study that shows how a sensor stream can send unencrypted and encrypted events over a data diode of arbitrary size via a message bus which are transparently and securely transferred and re-emitted internally without any kind of configuration management. Results show that it is indeed possible to successfully mirror data from a Message Bus over a data diode and it is thus worthwhile to further invest in this technology.

研究の動機と目的

• オープンソースのメッセージング技術（例：RabbitMQ）が、空気ギャップネットワークを越えて安全でコスト効果的かつ保守不要な単方向データ転送を可能にするかどうかを評価すること。
• データダイオード上でのメッセージバスデータにエンドツーエンド暗号化を適用しても、単方向セキュリティモデルが損なわれないかどうかを調査すること。
• 本システムが、平文データだけでなく、証拠としての品質を満たす機密データをフォレンジック的に妥当な方法で処理できるかどうかを特定すること。
• オープンスタンダードを用いて、リアルタイムのセンサー・データをデータダイオードを越えて転送する実用的で透明性がありスケーラブルなソリューションの開発と検証を行うこと。

提案手法

• ブラック（信頼できない）ゾーンとレッド（信頼できる）ゾーンの両方でメッセージ・ブローカーとしてRabbitMQを用いた二重ネットワークアーキテクチャの実装。両者をデータダイオードで接続。
• RabbitMQインスタンスがデータダイオードの両側で相互運用可能かつメッセージキューイングが可能となるよう、AMQPプロトコルの使用。
• メッセージペイロードのセキュリティ強化のため、非対称鍵暗号化（RSA）の採用。暗号化された鍵とデータをメッセージバスを介して送信。
• 整合性を保証するため、暗号化データ、初期化ベクトル（IV）、デジタル署名をカプセル化するセキュア・メッセージ・ラッパー・クラス（SecureMessage）の設計。
• テストのための構成の透明性と再現性を確保するため、Dockerコンテナを用いてRabbitMQおよびNode-RED環境を隔離してデプロイ。
• 温度イベントを生成するセンサーのシミュレーションシステムを実装。このデータはリアルタイムに暗号化され、データダイオードを越えて送信された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 RabbitMQを用いて、データダイオードを越えて『ブラック』ネットワークから『レッド』ネットワークへのメッセージバストラフィックを、安全で透明かつ単方向的にミラーリングできるか？
• RQ2 データダイオード上でのメッセージバスデータにエンドツーエンド暗号化を適用した場合、単方向のデータフローが破壊されずに、実用的かつ効果的であるか？
• RQ3 本システムは、空気ギャップネットワークを越えて、信頼性高く機密性の高い証拠としての品質を満たすデータを、データの整合性と真正性を保持した状態で転送できるか？
• RQ4 RabbitMQ や Docker といったオープンソースツールの使用は、特許権のあるソリューションに代わる、スケーラブルで保守が少なく、コスト効果的な代替手段を提供できるか？

主な発見

• 本システムは、RabbitMQを用いて、データダイオードを越えて『ブラック』ネットワークから『レッド』ネットワークへのメッセージバストラフィックを、透明なデータフローとして正常にミラーリングした。
• RSAを用いたエンドツーエンド暗号化が効果的に実装され、暗号化されたデータ、鍵、デジタル署名が安全にデータダイオードを越えて送信された。
• 本ソリューションは、データダイオードの単方向性を維持しており、複雑なメッセージ構造であっても逆方向のデータフローが発生しなかった。
• Docker化されたRabbitMQおよびNode-REDの使用により、構成不要で信頼性が高く、保守が最小限でスケーラブルなデプロイが実現した。
• 暗号化されたメッセージは正しく復号され、内部ネットワークに再送信され、デジタル署名による検証でメッセージの整合性と真正性が保証された。
• 強力な暗号制御とエンドツーエンド検証により、フォレンジック証拠としての品質を満たす機密データの転送が可能であることが実証された。