[논문 리뷰] Automating the Generation of Cyber Range Virtual Scenarios with VSDL

Gabriele Costa, Enrico Di Russo외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 01. 18.

Software Testing and Debugging Techniques인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 가상 시나리오 기술 언어(VSDL)를 사용하여 복잡한 사이버 레인지 가상 시나리오를 자동화하는 프레임워크를 제안한다. VSDL은 고수준의 인프라 요구사항을 명시하는 도메인 특화 언어이며, 이 명세는 SMT 솔버를 통해 형식적으로 검증되고, OpenStack과 같은 인프라로서 서비스(IaaS) 플랫폼용 배포 스크립트로 자동으로 변환된다. 이로 인해 수동 설정 없이도 빠르고 반복 가능하며 정확한 시나리오 생성이 가능해진다.

ABSTRACT

A cyber range is an environment used for training security experts and testing attack and defence tools and procedures. Usually, a cyber range simulates one or more critical infrastructures that attacking (red) and defending (blue) teams must compromise and protect, respectively. The infrastructure can be physically assembled, but much more convenient is to rely on the Infrastructure as a Service (IaaS) paradigm. Although some modern technologies support the IaaS, the design and deployment of scenarios of interest is mostly a manual operation. As a consequence, it is a common practice to have a cyber range hosting few (sometimes only one), consolidated scenarios. However, reusing the same scenario may significantly reduce the effectiveness of the training and testing sessions. In this paper, we propose a framework for automating the definition and deployment of arbitrarily complex cyber range scenarios. The framework relies on the virtual scenario description language (VSDL), i.e., a domain-specific language for defining high-level features of the desired infrastructure while hiding low-level details. The semantics of VSDL is given in terms of constraints that must be satisfied by the virtual infrastructure. These constraints are then submitted to an SMT solver for checking the satisfiability of the specification. If satisfiable, the specification gives rise to a model that is automatically converted to a set of deployment scripts to be submitted to the IaaS provider.

연구 동기 및 목표

• 기존 IaaS 기반 플랫폼에서 자동화, 확장성, 반복 가능한 사이버 레인지 시나리오 생성의 부족을 해결하기 위해.
• 훈련 효과를 떨어뜨리는 정적이고 반복적인 시나리오에 대한 의존도를 줄이기 위해.
• 복잡하고 시간에 따라 변화하는 사이버 레인지 인프라의 명세 및 배포를 형식적이고 검증 가능한 방법으로 제공하기 위해.
• 특정 훈련 또는 테스트 목표에 맞게 다양하고 기능-rich한 시나리오를 신속하게 배포하기 위해.
• OpenStack과 같은 주류 IaaS 제공업체와의 통합을 통해 광범위한 호환성과 배포 이식성을 확보하기 위해.

제안 방법

• 네트워크 토폴로지, 노드 역할, 소프트웨어, 시간에 따라 변화하는 행동과 같은 사이버 레인지 시나리오 요구사항을 표현할 수 있는 도메인 특화 언어인 VSDL을 정의한다.
• SMT 솔버를 사용하여 논리적 제약 조건으로 시나리오 명세를 모델링하여 정확성과 일관성을 형식적으로 검증한다.
• 만족 가능한 VSDL 모델을 OpenStack과 같은 IaaS 플랫폼용 구체적 배포 자산(예: Terraform 스크립트)으로 매핑한다.
• IaaS 도구에서 원천적으로 지원하지 않는 하드웨어 수준 기능을 반영하기 위해 가상 머신 플래버를 동적으로 커스터마이즈한다(예: 'mobile.phone').
• 노드 이동이나 서비스 가용성과 같은 동적 변화를 포함하여, 지정된 시나리오 의미론에 부합하는 가상 인프라를 자동으로 생성하고 배포한다.
• 기존 IaaS 스택과 통합하여 호환성 확보 및 실제 배포 파이프라인 지원을 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 보장된 정확성과 표현력을 갖춘 자동 사이버 레인지 시나리오 생성이 가능할 수 있는가?
• RQ2 고수준의 도메인 특화 언어(VSDL)가 저수준의 IaaS 구성 정보를 효과적으로 추상화하면서 의미의 정합성을 유지할 수 있는가?
• RQ3 SMT 솔버를 얼마나 효과적으로 활용하여 시나리오 명세를 배포 이전에 형식적으로 검증할 수 있는가?
• RQ4 지연된 액세스, 노드 이동과 같은 시간에 따라 변화하는 행동은 어떻게 모델링하고 강제로 적용할 수 있는가?
• RQ5 기존 IaaS 인프라와의 자동 시나리오 생성 통합을 위한 메커니즘은 무엇인가?

주요 결과

• SMT 기반 검증을 통해 고수준의 VSDL 명세를 정확하고 배포 가능한 인프라 구성으로 성공적으로 변환하였다.
• 수동 IaaS 설정 없이도 복잡하고 시간에 따라 변화하는 시나리오를 자동 생성함으로써 배포 오류와 노력이 감소하였다.
• SMT 솔버는 시나리오 제약 조건을 효과적으로 검증하여 생성된 인프라의 의미 일관성과 정확성을 보장하였다.
• 프레임워크는 지연된 레드팀 액세스 및 모바일 디바이스 이동과 같은 동적 기능을 지원하여 시나리오의 현실성 향상을 이룩하였다.
• OpenStack 및 Terraform과의 통합을 통해 생성된 시나리오의 실용적이고 프로덕션 수준의 배포가 가능해졌다.
• 이 접근법은 구성성(Compositionality)을 지원하여 재사용 가능한 컴포넌트와 모듈식 시나리오 설계, 자동 검증을 가능하게 하였다.