[논문 리뷰] Unidirectional Secure Information Transfer via RabbitMQ

Marcel Maatkamp|arXiv (Cornell University)|2015. 01. 01.

Big Data Technologies and Applications인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 데이터 다이오드를 통해 RabbitMQ를 사용한 단방향 보안 정보 전송을 위한 비용 효율적이고 오픈소스인 솔루션을 제안한다. 이는 메시지 버스 트래픽을 끝에서 끝까지 암호화하여 투명한 미러링을 가능하게 하며, 비대칭 키 암호화와 메시지 큐잉을 통해 양방향과 유사한 데이터 흐름 보안을 성공적으로 구현한다. 이는 공기 격리 네트워크를 넘어서 민감한 데이터—증거로 인정될 수 있는 정보—의 전송이 가능함을 입증한다.

ABSTRACT

Protecting computer systems handling possible sensitive information is of the utmost importance. Those systems are typically air-gapped with data diodes to assure that no information can physically flow back. Traditional computer protocols like HTTP or SOAP which are normally used to transport information between computers are typical bi-directional communication protocols and are thus unsuitable to be used over a data diode. Currently the only commercially available protocols over a data diode sold by vendors are file-based protocols. Other protocols can be custom made but are expensive and proprietary. There are currently no open source solutions to stream data in a generic way over a data diode other than those file-based solutions. Purpose of the dissertation is to research if open source technology can be used to mirror the contents of a messagebus over a data diode to get a cost effective security-proof and almost maintenance-free solution. and to further research if this technology can be used to transfer not only plain text data but also data sensitive by nature by using end-to-end encryption so that this information could even be admitted as evidence. Method used to validate the research is a practical case study that shows how a sensor stream can send unencrypted and encrypted events over a data diode of arbitrary size via a message bus which are transparently and securely transferred and re-emitted internally without any kind of configuration management. Results show that it is indeed possible to successfully mirror data from a Message Bus over a data diode and it is thus worthwhile to further invest in this technology.

연구 동기 및 목표

• 오픈소스 메시징 기술인 RabbitMQ가 공기 격리 네트워크를 넘어서 보안적이고 비용 효율적이며 유지보수가 필요 없는 단방향 데이터 전송을 가능하게 할 수 있는지 평가하기.
• 메시지 버스 데이터에 끝에서 끝까지 암호화를 적용할 수 있는지, 데이터 다이오드를 통해 단방향 보안 모델을 해치지 않고 적용 가능한지 조사하기.
• 이러한 시스템이 텍스트뿐 아니라 민감하고 증거 수준의 데이터도 포렌식적으로 타당한 방식으로 처리할 수 있는지 판단하기.
• 오픈 표준을 사용하여 실시간 센서 데이터를 데이터 다이오드를 넘어서 전송하기 위한 실용적이고 투명하며 확장 가능한 솔루션을 개발하고 검증하기.

제안 방법

• 데이터 다이오드를 통해 연결된 '블랙'(신뢰할 수 없는) 및 '레드'(신뢰할 수 있는) 영역에 RabbitMQ를 메시지 브로커로 사용하는 이중 네트워크 아키텍처의 구현.
• 양쪽 끝에 있는 RabbitMQ 인스턴스 간의 상호 운용성과 메시지 큐잉을 가능하게 하기 위해 AMQP 프로토콜의 사용.
• 암호화된 키와 데이터를 메시지 버스를 통해 전송하기 위해 비대칭 키 암호화(RSA)의 도입.
• 암호화된 데이터, 초기화 벡터(IV), 디지털 서명을 봉인하기 위한 보안 메시지 래퍼 클래스(SecureMessage)의 설계.
• 테스트를 위한 RabbitMQ 및 Node-RED 환경을 격리하고 배포하기 위해 도커 컨테이너의 사용으로 구성의 투명성과 재현 가능성을 확보.
• 실시간으로 온도 이벤트를 생성하는 센서 시뮬레이션 시스템의 구현으로, 이는 암호화되어 데이터 다이오드를 넘어서 전송된다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 RabbitMQ를 사용하여 데이터 다이오드를 넘어서 메시지 버스 트래픽을 보안적이고 투명하며 단방향 방식으로 미러링할 수 있는가?
• RQ2 데이터 다이오드를 통해 메시지 버스 데이터에 끝에서 끝까지 암호화를 적용할 수 있는가? 이는 단방향 흐름을 깨뜨리지 않으면서도 효과적인가?
• RQ3 이 시스템은 데이터 무결성과 진위성 보장을 유지하면서 공기 격리 네트워크를 넘어서 민감하고 증거 수준의 데이터를 신뢰성 있게 전송할 수 있는가?
• RQ4 RabbitMQ와 Docker와 같은 오픈소스 도구의 사용이 독점 솔루션에 비해 확장 가능하고 유지보수가 적게 들며 비용 효율적인 대안을 제공하는가?

주요 결과

• 시스템은 데이터 다이오드를 통해 '블랙' 네트워크에서 '레드' 네트워크로 메시지 버스 트래픽을 성공적으로 미러링하여 투명한 데이터 흐름을 입증했다.
• RSA를 사용한 끝에서 끝까지의 암호화가 효과적으로 적용되었으며, 암호화된 데이터, 키, 디지털 서명이 안전하게 다이오드를 넘어서 전송되었다.
• 해당 솔루션은 데이터 다이오드의 단방향 성질을 유지하여, 복잡한 메시지 구조가 존재하더라도 역방향 데이터 흐름이 발생하지 않았다.
• 도커화된 RabbitMQ와 Node-RED의 사용은 구성이 필요 없고 신뢰성 있고 확장 가능한 배포를 가능하게 하여 유지보수가 최소화되었다.
• 암호화된 메시지는 정확하게 복호화되어 내부 네트워크로 재전송되었으며, 디지털 서명을 통한 무결성과 진위성 검증이 성공적으로 이루어졌다.
• 강력한 암호화 제어와 끝에서 끝까지의 검증 덕분에 이 접근법은 민감한 데이터, 특히 포렌식 증거를 포함한 데이터 전송에 실현 가능함을 입증했다.