[논문 리뷰] TwinCloud: A Client-Side Encryption Solution for Secure Sharing on Clouds Without Explicit Key Management.

Kemal Biçakcı, Davut Deniz Yavuz외 1명|arXiv (Cornell University)|2016. 06. 15.

Cloud Data Security Solutions인용 수 4

한 줄 요약

TwinCloud는 암호화된 파일과 키를 두 개 이상의 신뢰할 수 없는 클라우드 제공업체에 분산하여 저장함으로써 명시적 키 관리 없이도 안전한 클라우드 파일 공유를 가능하게 하는 클라이언트 측 암호화 시스템을 제안한다. 이 시스템은 암호학적 분리와 투명성을 통해 보안을 확보하며, 사용성 연구를 통해 실세계 배포에 실용적임을 확인한다.

ABSTRACT

With the advent of cloud technologies, there is a growing number of easy-to-use services to store files and share them with other cloud users. By providing security features, cloud service providers try to encourage users to store personal files or corporate documents on their servers. However, their server-side encryption solutions are not satisfactory when the server itself is not trusted. Although, there are several client-side solutions to provide security for cloud sharing, they are not used extensively because of usability issues in key management. In this paper, we propose TwinCloud which is an innovative solution with the goal of providing a secure system to users without compromising the usability of cloud sharing. TwinCloud achieves this by bringing a novel solution to the complex key exchange problem and by providing a simple and practical approach to store and share files by hiding all the cryptographic and key-distribution operations from users. Serving as a gateway, TwinCloud uses two or more cloud providers to store the encryption keys and encrypted files in separate clouds which ease the secure sharing without a need for trust to either of the cloud service providers with the assumption that they do not collude with each other. We implemented TwinCloud as a lightweight application and make it available as open-source. The results of our usability study show the prospect of the secure sharing solution of TwinCloud.

연구 동기 및 목표

• 신뢰할 수 있는 클라우드 제공업체에 의존하지 않는 사용자 친화적이고 안전한 클라우드 파일 공유 솔루션의 부족을 해결하기 위해.
• 기존 클라이언트 측 암호화 시스템의 사용성 도전 과제, 특히 키 관리 및 배포 문제를 해결하기 위해.
• 사용자에게 암호화 작업을 숨기면서도 강력한 보안 보장을 유지하는 시스템을 설계하기 위해.
• 모든 단일 클라우드 제공업체에 대한 신뢰가 없어도 사용자 간의 안전한 공유를 가능하게 하기 위해, 제공업체 간의 공모가 없다는 가정 하에.

제안 방법

• TwinCloud는 암호화된 파일과 암호화 키를 별도로 두 개 이상의 클라우드 제공업체에 저장하여, 한 명의 제공업체가 전체 데이터에 접근할 수 없도록 한다.
• 파일은 업로드 전에 클라이언트 측에서 암호화되며, 분산 키 저장 메커니즘을 통해 관리되는 대칭 암호화를 사용한다.
• 사용자 간섭 없이 키 교환과 배포를 자동화하는 게이트웨이 모델을 활용하여 암호화 복잡성을 추상화한다.
• 클라우드 제공업체 간의 공모가 없다는 가정 하에, 한 명의 제공업체가 해킹되더라도 데이터의 기밀성이 유지됨을 보장한다.
• 경량 암호 연산을 사용하며, 사용자와 클라우드 스토리지 서비스 사이의 투명한 계층으로 설계되어 있다.
• 해당 솔루션은 오픈소스로 공개되었으며, 실용성 검증을 위해 사용성 연구를 통해 평가되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 사용자가 암호화 키를 수동으로 관리할 필요 없이 어떻게 안전한 클라우드 파일 공유를 달성할 수 있는가?
• RQ2 다중 클라우드 환경에서 강력한 보안을 유지하면서도 사용성은 확보할 수 있는 아키텍처 설계는 무엇인가?
• RQ3 공모가 없다는 가정 하에, 한 명의 클라우드 제공업체가 해킹되더라도 기밀성을 유지할 수 있는 시스템을 구축할 수 있는가?
• RQ4 기존 솔루션과 비교해 실세계 사용성 시나리오에서 시스템 성능은 어떻게 되는가?
• RQ5 사용자에게 암호화 작업을 숨기는 것이 시스템 도입과 신뢰에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• TwinCloud는 사용자에게 모든 암호화 및 키 배포 작업을 숨기며, 기존 클라이언트 측 암호화 시스템 대비 사용성 향상을 크게 이룩했다.
• 암호화된 파일과 키를 별개의 신뢰할 수 없는 클라우드 제공업체에 분산 저장함으로써, 공모가 없다는 가정 하에 강력한 보안 보장을 달성했다.
• 경량이며 오픈소스 애플리케이션으로서의 구현은 실세계 환경에서의 구현 가능성과 실용적 배포 가능성을 입증했다.
• 사용성 연구를 통해 사용자들이 시스템이 직관적이라고 평가하며 일상적인 클라우드 공유 작업에 적합하다고 확인했다.
• 아키텍처는 보안과 사용자 관리 간의 분리를 효과적으로 구현하여, 암호학적 전문 지식 없이도 안전한 공유를 가능하게 했다.