[논문 리뷰] Improving Hard Disk Contention-based Covert Channel in Cloud Computing Environment

Bartosz Lipiński, Wojciech Mazurczyk외 1명|arXiv (Cornell University)|2014. 02. 02.

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한 줄 요약

이 논문은 같은 물리적 호스트에 공진행되는 가상 머신 간 디스크 컨텐션을 악용하는 클라우드 컴퓨팅 환경에서의 스테가노그래픽 코어트 채널인 CloudSteg을 제안한다. I/O 스케줄링과 디스크 액세스 패턴을 조작함으로써 CloudSteg는 약 0.1 bps의 대역폭을 달성하며, 이는 이전 최고 수준의 방법보다 1,000배 높은 성능을 보이며 클라우드 환경에서 디스크 컨텐션 기반 코어트 채널의 성능 향상에 중대한 기여를 한다.

ABSTRACT

Steganographic methods allow the covert exchange of secret data between parties aware of the procedure. The cloud computing environment is a new and hot target for steganographers, and currently not many solutions have been proposed. This paper proposes CloudSteg which is a steganographic method that allows the creation of a covert channel based on hard disk contention between the two cloud instances that reside on the same physical machine. Experimental results conducted using open source cloud environment OpenStack, show that CloudSteg is able to achieve a bandwidth of about 0.1 bps which is 1000 times higher than is known from the state-of-the-art version.

연구 동기 및 목표

• 클라우드 컴퓨팅 환경에서 효과적인 스테가노그래픽 솔루션의 부족을 해결하기 위해.
• 기존 클라우드 인fra에서 하드 디스크 컨텐션 기반 코어트 채널의 낮은 대역폭 제약를 극복하기 위해.
• 멀티테넌트 클라우드 환경에서 공유된 물리적 스토리지 자원을 활용하는 실용적인 코어트 채널을 설계하고 구현하기 위해.
• 실제 오픈소스 클라우드 플랫폼(OpenStack)에서 제안된 방법의 성능과 실현 가능성을 평가하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 동일한 물리적 호스트에 공진행되는 두 개의 가상 머신(Virtual Machines, VMs) 간의 디스크 I/O 컨텐션을 이용하여 코어트 데이터를 인코딩하고 전송한다.
• 특히 디스크 액세스 빈도와 타이밍을 조절함으로써 측정 가능한 컨텐션 수준을 생성한다.
• 송신 VM은 정해진 간격으로 I/O 버스트를 생성하고, 수신 VM은 디스크 액세스 지연 시간을 모니터링하여 이러한 패턴을 감지하고 숨겨진 메시지를 디코딩한다.
• 예측 가능하고 측정 가능한 컨텐션 효과를 확보하기 위해 Linux I/O 스케줄러(CFQ)를 활용한다.
• 성능과 신뢰성 검증을 위해 OpenStack 클라우드 플랫폼에 구현 및 배포하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 클라우드 환경에서 공진행되는 VM 간 디스크 컨텐션을 신뢰성 있게 코어트 통신 채널로 활용할 수 있는가?
• RQ2 실제 클라우드 인fra에서 디스크 컨텐션 기반 스테가노그래피를 사용할 경우 도달 가능한 최대 데이터 전송 속도는 얼마인가?
• RQ3 제안된 방법은 기존 디스크 컨텐션 기반 최고 수준의 코어트 채널 대비 성능에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 I/O 스케줄링 및 액세스 패턴의 선택이 코어트 채널의 신뢰성과 대역폭에 얼마나 큰 영향을 미치는가?

주요 결과

• 실제 OpenStack 환경 실험을 통해 CloudSteg는 약 0.1 bps의 코어트 채널 대역폭을 달성하였다.
• 이것은 이전에 보고된 디스크 컨텐션 기반 코어트 채널의 최고 수준 대역폭 대비 1,000배 향상된 성능을 의미한다.
• 제어된 I/O 패턴과 일관된 디스크 컨텐션 효과 하에서 안정적이고 측정 가능한 데이터 전송이 가능함을 입증하였다.
• 여러 번의 테스트 런에서 성능이 일관되게 유지되어 I/O 기반 신호 전달 메커니즘의 신뢰성이 확인되었다.