[논문 리뷰] Secure Virtual Network Embedding In A Multi-Cloud Environment

Max Alaluna, Luís Ferrolho외 3명|arXiv (Cornell University)|2017. 03. 03.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 16인용 수 10

한 줄 요약

이 논문은 보안과 신뢰를 최우선 고려사항으로 통합한 다중 클라우드 환경을 위한 안전한 가상 네트워크 임베딩 프레임워크를 제안한다. 문제를 혼합정수선형계획법(MILP)으로 수식화하여 서브스트레이트 매핑 효율성, 암호화, 신뢰 실행, 다중 클라우드 신뢰 수준을 종합적으로 최적화하며, 적절한 비용 모델 하에서 보안 인식 임베딩이 수익성을 향상시킬 수 있음을 입증한다.

ABSTRACT

Recently-proposed virtualization platforms give Cloud users the freedom to specify their network topologies and addressing schemes. These platforms have, however, been targeting a single datacenter of a cloud provider, which is insufficient to support (critical) applications that need to be deployed across multiple trust domains while enforcing diverse security requirements. This paper addresses this problem by presenting a novel solution for a central component of network virtualization –the online network embedding, which finds efficient mappings of virtual networks requests onto the substrate network. Our solution considers security as a first class citizen, enabling the definition of flexible policies in three central areas: on the communications, where alternative security compromises can be explored (e.g.,encryption); on the computations, supporting redundancy if necessary while capitalizing on hardware assisted trusted executions; across multiples clouds, including public and private facilities, with the associated trust levels. We formulate the solution as a Mixed Integer Linear Program (MILP), and evaluate our proposal against the most commonly used alternative. Our analysis gives insight into the trade-offs involved with the inclusion of security and trust into network virtualization, providing evidence that this notion may enhance profits under the appropriate cost models.

연구 동기 및 목표

• 기존 플랫폼이 단일 데이터센터에만 집중하는 데 반해, 다중 신뢰 도메인 네트워크 가상화에 대한 지원 부족을 해결하기 위해.
• 공개 및 기업용 클라우드 환경을 포함한 다양한 신뢰 수준을 가진 통신, 계산 및 다중 클라우드 환경에서의 유연한 보안 정책을 가능하게 하기 위해.
• 보안과 신뢰를 가상 네트워크 임베딩 과정에 최우선적인 제약 조건과 목표로 통합하기 위해.
• 가상 네트워크 매핑에서 보안 오버헤드와 운영 효율성 간의 트레이드오프를 평가하기 위해.
• 실제 비용 모델 하에서 보안 인식 임베딩이 비보안 대안 대비 수익성을 향상시킬 수 있음을 입증하기 위해.

제안 방법

• 보안 가상 네트워크 임베딩 문제를 혼합정수선형계획법(MILP)으로 수식화하여 서브스트레이트 매핑과 보안 제약 조건을 종합적으로 최적화한다.
• 통신 경로에 암호화 정책을 구성 가능한 옵션으로 통합하여 보안 트레이드오프의灵活性를 지원한다.
• 계산 보안을 위해 하드웨어 지원 신뢰 실행 환경(TEEs)을 지원하며, 필요에 따라 부가성 또는 격리 기능을 제공한다.
• 공개 및 기업용 클라우드를 포함한 다중 클라우드 간의 신뢰 수준을 모델링하고, 이러한 수준에 기반한 매핑 결정을 강제한다.
• 보안 정책을 서브스트레이트 매핑 과정에 통합하여, 가상 네트워크 요청이 오직 신뢰할 수 있고 안전한 서브스트레이트 자원에만 매핑되도록 보장한다.
• 통합 최적화 프레임워크 하에서 자원 할당, 보안 메커니즘, 신뢰 제약 조건을 동시에 최적화하기 위해 MILP를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 신뢰 도메인과 보안 요구 사항을 가진 다중 클라우드 환경을 지원하기 위해 가상 네트워크 임베딩은 어떻게 확장될 수 있는가?
• RQ2 암호화, 신뢰 실행, 다중 클라우드 신뢰를 임베딩 과정에 통합할 경우의 성능 및 비용 트레이드오프는 무엇인가?
• RQ3 보안 및 신뢰 제약 조건의 통합은 가상 네트워크 매핑의 효율성과 실현 가능성에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ4 실제 비용 모델 하에서 보안 인식 임베딩은 비보안 대비 수익성을 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 다중 클라우드 가상 네트워크 임베딩에서 보안, 성능, 자원 활용도를 균형 잡는 데 있어 핵심 설계 트레이드오프는 무엇인가?

주요 결과

• 제안된 MILP 기반 접근 방식은 다양한 보안 및 신뢰 정책을 강제하면서도 다중 클라우드에 걸쳐 가상 네트워크를 성공적으로 매핑한다.
• 보안 인식 임베딩은 암호화 오버헤드, 신뢰 실행, 자원 효율성 간의 민감한 트레이드오프를 가능하게 한다.
• 하드웨어 지원 신뢰 실행 환경의 통합은 금전적 성능 손실 없이 계산 보안을 강화한다.
• 모델은 보안과 신뢰를 임베딩에 통합할 경우 적절한 비용 모델 하에서 수익성을 향상시킬 수 있음을 입증한다.
• 평가 결과, 제안된 솔루션은 특히 이질적인 다중 클라우드 환경에서 기존 임베딩 접근 방식에 비해 보안 커버리지와 신뢰 준수 측면에서 뛰어난 성능을 보였다.