[논문 리뷰] An efficient deception architecture for cloud-based virtual networks

Mohammad Qasem, Hussain M. J. Almohri|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 15.

Network Security and Intrusion Detection참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 공격자를 방해하기 위해 공격 경로를 확장하고 진화시키는 동적이고 속임수적인 네트워크 구조인 미스리 디그래프를 구현하기 위한 고처리량, AWS 네이티브 아키텍처를 제안한다. 시스템은 Apache의 리버스 프록시 모듈 기반의 커스터마이징된 프록시를 사용하여 가짜 노드를 통한 요청 라우팅을 관리하며, 이로 인해 요청당 40~75건의 성능 저하가 발생하지만 공격자의 불확실성과 지연을 크게 증가시킨다.

ABSTRACT

Emerging deceptive systems present a new promise for the uprising security problems in cloud-based virtual networks, especially those operated by small and medium enterprises. The main goal of deceptive systems is to form a layer of defensive nodes in an Internet-accessible cloud-based virtual network to distract and deceive malicious clients. While numerous approaches provide distinct models for developing decisive systems, misery digraphs present a promising decisive model for distracting powerful remote intrusions. Misery digraphs can delay access to targets deep in a cloud-based virtual network. A central challenge to the theory of misery digraphs is verifying their applicability in prominent cloud computing platforms as well as measuring the efficiency of networks that adapt them. Thus, architectural support is needed that can be realized with long-term support technologies and can be deployed for large networks. This work presents and analyzes a high-throughput architecture for misery digraphs, embarking on implementation details and performance analysis. Full implementation of the architecture in Amazon Web Services imposes modest performance delays in the request processing, while highly delaying stealth intrusions in the network.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 기반 가상 네트워크에서의 증가하는 보안 도전 과제, 특히 원격 침입에 노출된 소규모 및 중소기업을 대상으로 한다.
• AWS와 같은 실제 클라우드 환경에서 미스리 디그래프—동적이고 속임수적인 네트워크 구조—를 구현하는 실용성과 성능 영향을 조사한다.
• 기존 클라우드 네트워크를 진화하고 속임수적인 특성을 가진 네트워크로 전환하는 아키텍처를 설계하고 평가한다.
• 합법적 요청에 대한 성능 저하를 최소화하면서도 해커의 혼란을 극대화하기 위해 동적이고 확장 가능한 속임수 기법을 적용한다.

제안 방법

• 구조화된 변환 프로세스를 통해 기존 클라우드 네트워크를 미스리 디그래프 기반 네트워크로 전환하며, 원래의 연결성을 유지하면서도 가짜 노드를 추가한다.
• Apache의 리버스 프록시 모듈 기반의 커스터마이징된 프록시 시스템이 동적으로 가짜 가상 머신의 경로를 통해 요청을 전달함으로써 공격 경로의 길이와 불확실성을 증가시킨다.
• 노드는 깊이 d와 분기 계수 k를 가진 트리 기반 구조로 생성되며, 지속적으로 재구성되어 속임수 효과를 유지한다.
• 두 가지 별도의 OS 이미지가 사용되었는데, 하나는 미스리 멀티캐스터용(아마존 리눅스), 다른 하나는 타겟 서비스용(웹/데이터베이스용 우분투)으로, 고립성과 제어 가능한 동작을 확보한다.
• 네트워크 생성기 컴포넌트는 아마존 리눅스에서 실행되며, 풀링 서버와 동적 설정 업데이트를 통해 디그래프 생성을 조율한다.
• 성능 평가는 HTTP 요청 워크로드를 사용한 로드 테스트를 통해 수행되었으며, 일반 네트워크와 d=3 및 d=4의 미스리 디그래프를 사용한 네트워크를 비교하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 AWS와 같은 실제 클라우드 플랫폼에서 성능 비용이 과도하게 발생하지 않도록 하면서도 미스리 디그래프를 효율적으로 구현할 수 있는가?
• RQ2 동적이고 진화하는 속임수 구조의 포함 여부가 클라우드 기반 가상 네트워크에서 합법적 HTTP 요청의 처리량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 미스리 디그래프는 합법 사용자에게 허용 가능한 지연을 유지하면서 공격자의 경로 길이와 불확실성을 얼마나 증가시키는가?
• RQ4 생산 환경과 유사한 클라우드 환경에서 동적이고 확장 가능한 속임수 아키텍처를 유지하는 데 드는 성능 오버헤드는 얼마인가?
• RQ5 다른 디그래프 깊이(d=3 대비 d=4)는 요청 처리 성능과 시스템 내성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• 기본 네트워크는 평균 716.5건의 요청을 처리했으며, 최대 15건의 실패가 발생하여 성능 비교의 기준이 되었다.
• d=3일 경우, 미스리 디그래프 네트워크는 평균 675.8건의 요청을 처리하여 초당 40.7건의 성능 저하가 발생했다.
• d=4일 경우, 평균 요청 처리량은 642건으로 감소하여 기준 대비 초당 74.5건의 성능 저하가 발생했다.
• 가장 높은 실패율은 두 번째 레이어 인스턴스에서 미스리 프로세스 실행 중 발생하여 더 깊은 디그래프 레이어에서의 버티브 블록이 존재할 가능성이 확인되었다.
• 시스템은 동적 경로 진화와 가짜 노드 배치를 통해 공격자에 대한 혼란을 크게 유도하면서도 높은 처리량을 유지하는 데 성공했다.
• 기존 클라우드 기술을 활용하여 AWS에서 고처리량 속임수 기법을 실현할 수 있으며, 합법 트래픽에 대한 영향은 최소한으로 유지됨을 시스템이 입증했다.