[論文レビュー] Virtualization Technologies and Cloud Security: advantages, issues, and perspectives

Roberto Di Pietro, Flavio Lombardi|arXiv (Cornell University)|Jul 29, 2018

Security and Verification in Computing参考文献 47被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、クラウド環境における仮想化技術を検討し、強固な隔離や透過的VMインツスケーションといったセキュリティ上の利点を分析すると同時に、ハードウェアレベルのサイドチャnel攻撃のような深刻な脆弱性も特定している。仮想化の包括的なセキュリティ評価を提供し、安全なクラウドコンピューティングのための継続的な脅威と今後の研究方向性を強調している。

ABSTRACT

Virtualization technologies allow multiple tenants to share physical resources with a degree of security and isolation that cannot be guaranteed by mere containerization. Further, virtualization allows protected transparent introspection of Virtual Machine activity and content, thus supporting additional control and monitoring. These features provide an explanation, although partial, of why virtualization has been an enabler for the flourishing of cloud services. Nevertheless, security and privacy issues are still present in virtualization technology and hence in Cloud platforms. As an example, even hardware virtualization protection/isolation is far from being perfect and uncircumventable, as recently discovered vulnerabilities show. The objective of this paper is to shed light on current virtualization technology and its evolution from the point of view of security, having as an objective its applications to the Cloud setting.

研究の動機と目的

• スケーラブルで隔離されたクラウドサービスを実現するための仮想化技術のセキュリティ上の利点を分析すること。
• 特にハードウェアおよびハイパーバイザー層で継続的に発生するセキュリティおよびプライバシー上の問題を特定すること。
• 透過的インツスケーションや隔離メカニズムなどの、現在の仮想化ベースのセキュリティ制御の有効性を評価すること。
• 仮想化のセキュリティ保証を損なう、サイドチャネル攻撃を含む新たな脅威を浮き彫りにすること。
• 進化する脅威に立ち向かう仮想化されたクラウドインfraのセキュリティを図るための将来の研究のロードマップを提示すること。

提案手法

• フル仮想化、パラ仮想化、ハードウェア支援仮想化（例：Intel VT-x、AMD-V）を含む、既存の仮想化技術のサーベイ。
• 仮想マシン（VM）のセキュリティモデルと、ハイパーバイザーが隔離を強制する役割を分析すること。
• ゲストOSの認識なしにVMの動作を監視できる透過的インツスケーション技術の評価。
• ハードウェア仮想化拡張子（例：Meltdown、Spectre）における既知の脆弱性のレビュー。
• 異なる仮想化レイヤーおよび展開モデルにおける隔離保証の比較。
• 仮想化セキュリティに関する先行研究からの知見を統合し、それらの先行研究（例：arXiv:1702.07521）との重複を検討すること。

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おける仮想化の主なセキュリティ上の利点は何か？
• RQ2 現代の仮想化技術は、共存するVM間でどれほど強固な隔離を確保しているか？
• RQ3 ハードウェアレベルの脆弱性（例：サイドチャネル攻撃）は、仮想化セキュリティをどのように脅かすか？
• RQ4 透過的インツスケーションは、仮想化クラウドにおける監視およびセキュリティ強化をどのように向上させるか？
• RQ5 仮想化されたクラウドプラットフォームのセキュリティを高めるにあたり、主な未解決課題と今後の研究方向性は何か？

主な発見

• 仮想化は強固なリソース隔離を可能にし、透過的インツスケーションを支援することで、クラウド環境における監視と制御を強化する。
• これらの利点にもかかわらず、最近の脆弱性（例：Meltdown、Spectre）が示すように、ハードウェア仮想化は攻撃に対して完全に防衛できるわけではない。
• サイドチャネル攻撃は、従来の隔離メカニズムを回避し、VM境界を越えて機密データを露呈する可能性がある。
• ハイパーバイザーは依然として重要な攻撃表面であり、その設計または実装上の欠陥は、すべてのゲストVMを危うくする可能性がある。
• 既存の仮想化セキュリティメカニズムは、コントロールチャネルに基づく高度な攻撃に対しては不十分である。
• 将来のクラウドセキュリティは、ハードウェア、ソフトウェア、監視レベルの防御を統合することで、仮想化インfraにおける進化する脅威に対抗しなければならない。