[논문 리뷰] A dynamic resource allocation decision model for IT security

Lotfi Hajjem, Salah Benabdallah외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 04. 21.

Information and Cyber Security참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 실시간으로 비용과 취약성 감소를 균형 잡는 데에 유연한 자원 할당을 가능하게 하는 동적 자원 할당 모델을 제안한다. 이 모델은 히타르모니어 서치 알고리즘(Harmony Search Algorithm)을 사용하여 보안 기술의 할당을 최적화하며, 유전 알고리즘보다 시스템의 취약성을 더 낮추는 데에 뛰어난 성능을 보이며, 변화하는 위협에 강력한 적응성을 보인다.

ABSTRACT

Today, with the continued growth in using information and communication technologies (ICT) for business purposes, business organizations become increasingly dependent on their information systems. Thus, they need to protect them from the different attacks exploiting their vulnerabilities. To do so, the organization has to use security technologies, which may be proactive or reactive ones. Each security technology has a relative cost and addresses specific vulnerabilities. Therefore, the organization has to put in place the appropriate security technologies set that minimizes the information system s vulnerabilities with a minimal cost. This bi objective problem will be considered as a resources allocation problem (RAP) where security technologies represent the resources to be allocated. However, the set of vulnerabilities may change, periodically, with the continual appearance of new ones. Therefore, the security technologies set should be flexible to face these changes, in real time, and the problem becomes a dynamic one. In this paper, we propose a harmony search based algorithm to solve the bi objective dynamic resource allocation decision model. This approach was compared to a genetic algorithm and provided good results.

연구 동기 및 목표

• 진행 중인 IT 취약성 변화에 대응하여 보안 자원을 동적으로 할당하는 문제를 해결하기 위해.
• 보안 기술의 비용과 정보 시스템 내 잔류 취약성 수준을 모두 최소화하기 위해.
• 새로운 취약성이 발생함에 따라 적응 가능한 탄력적이고 실시간 결정 모델을 개발하기 위해.
• 이중목표 자원 할당 문제를 해결하는 데 있어 히타르모니어 서치 기반 알고리즘과 유전 알고리즘의 성능을 비교하기 위해.

제안 방법

• 보안 비용과 취약성 노출을 최소화하는 이중목표 최적화 문제로 IT 보안 자원 할당 문제를 수립한다.
• 선제적 및 능동적 보안 기술의 할당을 취약성 프로파일에 기반하여 자원으로 모델링한다.
• 해결 공간을 탐색하고 보안 기술의 근사 최적 구성표를 찾기 위해 히타르모니어 서치 알고리즘(HSA)을 활용한다.
• 잠재적 해법을 보안 기술 조합과 그 배치 수준을 나타내는 히타르모니어 메모리 벡터로 인코딩한다.
• 해법 품질을 점진적으로 향상시키기 위해 피치 조정 및 히타르모니어 메모리 고려 규칙을 구현한다.
• 동일한 조건에서 유전 알고리즘과의 벤치마크 비교를 통해 접근 방식을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지속적으로 새로운 취약성이 발생함에 따라 보안 자원 할당을 어떻게 동적으로 조정할 수 있는가?
• RQ2 IT 보안 자원 할당에서 비용 효율성과 취약성 감소를 가장 잘 균형 잡는 최적화 알고리즘은 무엇인가?
• RQ3 이 동적 이중목표 문제를 해결하는 데 있어 히타르모니어 서치 기반 접근 방식은 유전 알고리즘과 비교해 어떻게 다른가?
• RQ4 제안된 모델은 실시간으로 배치된 보안 기술의 비용을 최소화하면서도 낮은 시스템 취약성 수준을 유지할 수 있는가?
• RQ5 동적 보안 자원 할당에서 해법 품질과 계산 효율성 사이의 성능 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 히타르모니어 서치 기반 알고리즘이 유전 알고리즘보다 총 비용과 잔류 취약성 수준을 모두 더 낮추는 데 뛰어난 성능을 보였다.
• 제안된 모델은 취약성 집합의 동적 변화에 효과적으로 대응하여 실시간 반응성을 확보했다.
• 알고리즘은 더 빠른 수렴 속도와 더 나은 해법 다양성을 보이며, 조기 수렴의 위험을 줄였다.
• 결과는 메타휴리스틱 최적화 기법을 실시간 IT 보안 의사결정에 적용하는 것이 가능하다는 것을 확인시켰다.
• 다양한 테스트 시나리오에서 비용과 보안 효과성 사이에 안정적인 균형을 유지했다.
• 유전 알고리즘과의 비교를 통해 히타르모니어 서치가 동적 환경에서 더 일관되고 고급 수준의 해법을 제공하는 것으로 나타났다.