[논문 리뷰] The role of Blockchain in DDoS attacks mitigation: techniques, open challenges and future directions

Rajasekhar Chaganti, Bharat Bhushan외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 02. 08.

Network Security and Intrusion Detection인용 수 14

한 줄 요약

이 논문은 블록체인 기반 프레임워크를 제안하여 분산 신뢰, 스마트 컨트랙트, 그리고 IoT, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN), 클라우드 환경 간의 위협 정보 공유를 통해 DDoS 공격을 완화한다. 기존 솔루션을 네트워크 기반, 공격자 근접, 피해자 근접, 하이브리드로 배포 위치 기준으로 분류하여, 블록체인이 탐지 및 조율 능력을 향상시키는 것을 입증하면서도 확장성과 상호운용성 문제를 주요 과제로 지적한다.

ABSTRACT

With the proliferation of new technologies such as Internet of Things (IOT) and Software-Defined Networking(SDN) in the recent years, the distributed denial of service (DDoS)attack vector has broadened and opened new opportunities for more sophisticated DDoS attacks on the targeted victims. The new attack vector includes unsecured and vulnerable IoT devices connected to the internet, denial of service vulnerabilities like southbound channel saturation in the SDN architecture. Given the high-volume and pervasive nature of these attacks, it is beneficial for stakeholders to collaborate in detecting and mitigating the denial of service attacks in a timely manner. The blockchain technology is considered to improve the security aspects owing to the decentralized design, secured distributed storage and privacy. A thorough exploration and classification of blockchain techniques used for DDoS attack mitigation is not explored in the prior art. This paper reviews and categorizes the existed state-of-the-art DDoS mitigation solutions based on blockchain technology. The DDoS mitigation techniques are classified based on the solution deployment location i.e. network based, near attacker location, near victim location and hybrid solutions in the network architecture with emphasis on the IoT and SDN architectures. Additionally, based on our study, the research challenges and future directions to implement the blockchain based DDoS mitigation solutions are discussed. We believe that this paper could serve as a starting point and reference resource for future researchers working on denial of service attacks detection and mitigation using blockchain technology.

연구 동기 및 목표

• IoT 및 SDN 기술로 악화되는 DDoS 공격의 증가하는 위협에 대응한다.
• 특히 새로운 또는 진화하는 공격 패tern을 탐지하는 데 어려움을 겪는 기존 DDoS 완화 기법의 한계를 규명한다.
• 네트워크 아키텍처에서의 배포 위치 기준으로 블록체인 기반 DDoS 완화 솔루션을 체계적으로 분류한다.
• 블록체인 통합 DDoS 방어에서의 확장성, 지연, 상호운용성과 같은 열린 과제를 부각시킨다.
• 이더리움 2.0, 병렬 블록체인, Xrouter와 같은 신규 블록체인 기술 발전을 활용한 향후 연구 방향을 제시한다.

제안 방법

• 블록체인 기반 DDoS 완화 솔루션을 네트워크 기반, 공격자 근접, 피해자 근접, 하이브리드 아키텍처로 나누어 분류한다.
• 허가된 또는 콈소리엄 블록체인에서 스마트 컨트랙트를 활용해 악성 IP 주소를 자율 시스템 간에 저장하고 배포한다.
• 게이트웨이 장치에 프로그래밍 가능한 데이터 플레인(P4)을 통합하여 실시간 트래픽 검사 및 자동화된 완화 조치를 가능하게 한다.
• IPFS 및 스웜과 같은 분산 스토리지 시스템을 활용해 위협 지능 데이터를 블록체인 외부에 저장함으로써 블록체인의 트랜잭션 부담을 줄인다.
• 이더리움 2.0의 스테이킹 기반 합의 기법을 도입해 DDoS 완화 트랜잭션 처리에서 확장성 향상과 가스 비용 절감을 기대한다.
• Paralism과 같은 병렬 블록체인 및 Xrouter와 같은 크로스체인 라우터와 같은 신기술을 탐구하여 다중 블록체인 간 확장성 있는 위협 데이터 공유를 실현한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 블록체인 기술을 IoT, SDN, 클라우드 등의 다양한 네트워크 계층에 효과적으로 구현하여 DDoS 공격을 완화할 수 있는가?
• RQ2 공격자 근처, 피해자 근처, 또는 네트워크 코어에 DDoS 완화 솔루션을 구현할 경우의 상대적 장점과 한계는 무엇인가?
• RQ3 이더리움 2.0, 병렬 블록체인, Xrouter와 같은 신규 블록체인 기술 발전이 DDoS 완화 시스템의 확장성과 성능에 어떻게 기여하는가?
• RQ4 실시간 DDoS 탐지 및 대응 메커니즘과 블록체인을 통합할 때의 주요 열린 과제는 무엇인가?
• RQ5 블록체인을 활용해 이해관계자 간에 안전하고 익명적이며 효율적인 위협 정보 공유를 어떻게 실현할 수 있는가?

주요 결과

• 기존의 대부분의 블록체인 기반 DDoS 완화 솔루션은 주로 네트워크 기반 또는 공격자 근접 배포에서 스마트 컨트랙트를 통해 악성 IP 주소를 저장하고 배포하는 데 집중되어 있다.
• 피해자 근접 및 하이브리드 배포 모델은 아직 탐색되지 않은 분야로, 지역적이고 반응성이 높은 완화 전략에 대한 연구 격차를 보여준다.
• 이더리움 2.0의 스테이킹 기반 합의로의 전환은 트랜잭션 처리량 향상과 지연 감소를 가져와 실시간 DDoS 완화에 더 유용한 방향으로 기여할 것으로 기대된다.
• Paralism과 같은 병렬 블록체인 아키텍처는 무한한 확장성과 다수의 서브체인 지원을 제공하여 효율적인 응용 간 위협 데이터 공유를 가능하게 한다.
• Xrouter와 같은 인터체인 통신 도구는 블록체인 간 상호운용성을 제공하며, 통합된 분산 위협 지능 네트워크를 구축하는 데 핵심적인 역할을 한다.
• IPFS 및 스웜과 같은 분산 스토리지 시스템은 큰 위협 지표를 블록체인 외부에 저장함으로써 체인 내 데이터 과잉을 줄이며, 동시에 데이터 무결성과 가용성을 유지한다.