[논문 리뷰] Issues and challenges in Cloud Storage Architecture: A Survey

Anwar Ghani, Afzal Badshah외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 04. 14.

Caching and Content Delivery인용 수 13

한 줄 요약

이 종합 검토는 클라우드 스토리지 아키텍처의 핵심 과제인 보안, 데이터 무결성, 액세스 제어 및 이질적 대용량 데이터의 관리 문제를 규명하고 분석한다. 암호화, 속성 기반 액세스 제어, 분산 트랜잭션 관리와 같은 대응 조치를 제안하며, 클라우드 스토리지가 확장성과 비용 효율성이 뛰어나지만 기업의 도입을 위해 보안 및 데이터 거버넌스 문제를 해결하기 위한 추가 연구가 여전히 필요하다고 결론을 내린다.

ABSTRACT

From home appliances to industrial enterprises, the Information and Communication Technology (ICT) industry is revolutionizing the world. We are witnessing the emergence of new technologies (e.g, Cloud computing, Fog computing, Internet of Things (IoT), Artificial Intelligence (AI) and Block-chain) which proves the growing use of ICT (e,g. business, education, health, and home appliances), resulting in massive data generation. It is expected that more than 175 ZB data will be processed annually by 75 billion devices by 2025. The 5G technology (i.e. mobile communication technology) dramatically increases network speed, enabling users to upload ultra high definition videos in real-time, which will generate a massive stream of big data. Furthermore, smart devices, having artificial intelligence, will act like a human being (e.g, a self-driving vehicle, etc) on the network, will also generate big data. This sudden shift and massive data generation created serious challenges in storing and managing heterogeneous data at such a large scale. This article presents a state-of-the-art review of the issues and challenges involved in storing heterogeneous big data, their countermeasures (i.e, from security and management perspectives), and future opportunities of cloud storage. These challenges are reviewed in detail and new dynamics for researchers in the field of cloud storage are discovered.

연구 동기 및 목표

• 현대 클라우드 스토리지 시스템의 주요 기술적 및 아키텍처 과제를 규명하고 분류하는 것.
• IoT, AI 및 5G 기기에서 기인한 이질적 대용량 데이터의 급격한 증가로 인해 발생하는 보안 및 데이터 관리 문제를 분석하는 것.
• 클라우드 환경에서 데이터 기밀성, 무결성, 액세스 제어 및 백업을 위한 기존 대응 조치를 평가하는 것.
• 특히 기업 및 민감한 데이터 워크로드를 위한 클라우드 스토리지 분야의 향후 연구 기회를 탐색하는 것.
• 클라우드 스토리지 아키텍처의 역동성과 새로운 기술 융합(예: AI, 블록체인, 5G)에 대한 종합적인 개요 제공.

제안 방법

• 2010~2020년 사이의 기존 문헌을 체계적으로 검토하여 클라우드 스토리지 과제의 보안, 확장성 및 데이터 관리에 중점을 두었다.
• 과제를 보안(기밀성, 무결성, 액세스), 데이터 역동성, 가상화 취약성 및 백업 문제로 분류하였다.
• 엔드 투 엔드 암호화, 신뢰할 수 있는 타임스탬프가 부여된 디지털 증명서, 액세스 제어를 위한 속성 기반 암호화와 같은 기술적 대응 조치를 평가하였다.
• 다중 클라우드 데이터베이스 간 데이터 무결성을 확보하는 데 있어 분산 트랜잭션 관리자의 역할을 분석하였다.
• 실시간 데이터 일관성을 확보하기 위한 클라우드 스토리지 내 자동화 및 동기화 메커니즘을 검토하였다.
• AI, 5G, 블록체인과 같은 신기술의 통합이 클라우드 스토리지 시스템의 프라이버시, 성능 및 신뢰성 향상에 어떻게 기여하는지 탐색하였다.

Figure 1: Opportunities of cloud storage

실험 결과

연구 질문

• RQ1 이질적 대용량 데이터를 클라우드 환경에 저장하는 데 있어 주요 아키텍처적 및 운영 과제는 무엇인가?
• RQ2 5G, AI 및 블록체인과 같은 신기술이 클라우드 스토리지 시스템의 보안 및 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 클라우드 스토리지에서 데이터 기밀성, 무결성 및 액세스 제어 문제를 해결하는 데 가장 효과적인 기술적 대응 조치는 무엇인가?
• RQ4 자동화 및 동기화 메커니즘은 클라우드 스토리지의 사용성과 데이터 일관성에 어떻게 기여하는가?
• RQ5 민감한 데이터를 위한 기업의 클라우드 스토리지 도입을 가능하게 하기 위해 어떤 향후 연구 방향이 필요한가?

주요 결과

• 2025년까지 연간 175 ZB의 데이터 생성이 예상되며, 이는 약 750억 개의 연결된 기기에서 기인한다.
• 보안 문제가 여전히 최우선 과제로 남아 있으며, 데이터 유출, 무단 액세스 및 가상화 및 인증 메커니즘의 취약성 문제가 포함된다.
• 전송 중 및 정지 중 암호화는 데이터 기밀성을 확보하고 무단 액세스로부터 보호하기 위해 널리 채택된 솔루션이다.
• 속성 기반 암호화는 다중 테넌트 클라우드 환경에서 보다 세밀한 액세스 제어를 가능하게 하여 보안을 향상시키는 핵심 기법으로 확인되었다.
• 자동화된 백업 및 동기화 서비스는 관리 부담을 크게 줄이고, 특히 저지연 시간 네트워크를 지원하는 5G 환경에서 기기 간 데이터 일관성을 보장한다.
• 다양한 기술적 진전에도 불구하고, 데이터 무결성, 준수 및 종단 간 보안 보장 문제 해결이 미흡하여 기업 고객이 클라우드 스토리지에 충분한 신뢰를 갖지 못하고 있다.