[論文レビュー] DoS and DDoS in Named-Data Networking

Paolo Gasti, Gene Tsudik+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2012

Caching and Content Delivery参考文献 13被引用数 10

ひとこと要約

本稿は、名前ベースデータネットワーキング（NDN）に特有の2つの新しいDoS攻撃、すなわちリクエスト洪水攻撃とコンテンツ／キャッシュ汚染攻撃を特定し、分析している。本稿では、レート制限、隣接ノードの検証、および消費者フィードバックに基づく信頼ヒューリスティクスといった対策を提案し、NDNのレジliエンスを強化している。これは、NDNアーキテクチャにおけるDoS脅威に対する最初の体系的評価である。

ABSTRACT

With the growing realization that current Internet protocols are reaching the limits of their senescence, a number of on-going research efforts aim to design potential next-generation Internet architectures. Although they vary in maturity and scope, in order to avoid past pitfalls, these efforts seek to treat security and privacy as fundamental requirements. Resilience to Denial-of-Service (DoS) attacks that plague today's Internet is a major issue for any new architecture and deserves full attention. In this paper, we focus on DoS in a specific candidate next-generation Internet architecture called Named-Data Networking (NDN) -- an instantiation of Information-Centric Networking approach. By stressing content dissemination, NDN appears to be attractive and viable approach to many types of current and emerging communication models. It also incorporates some basic security features that mitigate certain attacks. However, NDN's resilience to DoS attacks has not been analyzed to-date. This paper represents the first step towards assessment and possible mitigation of DoS in NDN. After identifying and analyzing several new types of attacks, it investigates their variations, effects and counter-measures. This paper also sheds some light on the long-standing debate about relative virtues of self-certifying, as opposed to human-readable, names.

研究の動機と目的

• 名前ベースデータネットワーキング（NDN）が、既存のおよび新たな種類のサービス拒否（DoS）攻撃に対してどれほどレジリエントであるかを評価すること。
• コンテンツ名前付けやキャッシュ機能といった独自の特徴を悪用するNDN固有のDoS脅威を特定し、分析すること。
• レート制限、隣接ノードの検証、および消費者フィードバックメカニズムを含む実用的な対策を提案・評価し、これらの攻撃を緩和すること。
• NDNにおけるDoSセキュリティに関する基礎的研究を開始し、今後の実証的検証やより広範なアーキテクチャ比較の土台を築くこと。

提案手法

• 従来のIPベースのDoS攻撃がNDNに与える影響を分析し、NDNのステートレスでコンテンツ指向の設計のおかげでその効果が限定的であることを示している。
• 2つの新しい攻撃ベクトルを同定した：攻撃者が過剰なリクエストパケットを送信してルーターを過負荷にするリクエスト洪水攻撃、および悪意あるコンテンツをキャッシュに挿入するコンテンツ／キャッシュ汚染攻撃。
• 対称鍵およびMACを用いたレート制限および隣接ノード検証メカニズムを提案し、悪意あるトラフィックの検出とブロックを可能にしている。
• キャッシュされたコンテンツの信頼度を確率的モデル $T \in [0,1]$ で表現する信頼モデルを導入し、信頼度を消費者のフィードバックとリクエスト頻度に基づいて動的に更新する。
• 特別なスコープを備えたリクエストを用いたフィードバックメカニズムを設計し、直接的な信頼関係を必要とせずに、データの整合性に関する問題を通知できるようにしている。
• スケーラビリティと既存のNDNプリミティブとの統合を重視し、概念的およびプロトコルレベルの設計を通じて対策を評価している。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 現在のIPベースのインターネットで効果を発揮する従来のDoSおよびDDoS攻撃は、NDNアーキテクチャにおいてどの程度有効であるか？
• RQ2 NDNのコンテンツ指向設計に起因する、リクエスト洪水やキャッシュ汚染のような新たなDoS攻撃ベクトルは何か？
• RQ3 エンドツーエンドの信頼関係や複雑な状態管理に依存せずに、NDNルーターは悪意あるトラフィックを検出・緩和できるか？
• RQ4 消費者のフィードバックは、NDNにおけるキャッシュの整合性と信頼管理を向上させるのにどのような役割を果たすか？
• RQ5 分散型のNDN環境において、誤ったフィードバックに対して耐性を持ちながらもスケーラブルな信頼モデルをどのように設計できるか？

主な発見

• SYN洪水攻撃やDNSキャッシュ汚染攻撃などの従来のDoS攻撃は、ステートレスでコンテンツ指向の名前付けとネイティブな署名検証の仕組みのおかげで、NDNではほとんど効果を発揮しない。
• リクエスト洪水攻撃は、特に高レイテンシまたは制限された環境において、ルーターのリクエスト処理および転送能力を飽和させることで、NDNルーターを過負荷にできる。
• コンテンツおよびキャッシュ汚染攻撃は、特に深刻である。これは、NDNのキャッシュメカニズムを悪用して、悪意あるまたは偽造されたコンテンツをネットワーク全体に広めることができるからである。
• 確率的信頼度 $T$ を用いた提案された消費者フィードバックメカニズムは、リクエストパターンとフィードバックに基づいて信頼度を動的に調整することで、キャッシュ汚染のリスクを効果的に低減する。
• 対称鍵およびMACを用いた隣接ノード検証は、悪意あるルーターまたはインターフェースの検出を著しく向上させ、誤検出を低減し、ネットワーク全体の信頼性を高める。
• レート制限とフィードバックベースの信頼モデルの統合は、標的型DoS脅威に対するNDNのセキュリティ確保に実現可能な道筋を示しているが、最適なパrameterチューニングにはさらなる実証的検証が必要である。