[论文解读] Cloud computing security using encryption technique

Geethu Thomas, Prem Jose+1 more|arXiv (Cornell University)|Oct 31, 2013

Cloud Data Security Solutions参考文献 13被引用 11

一句话总结

本文提出了一种基于加密的全面安全框架，用于云计算，重点通过使用独立密钥的对称加密技术，保护静态数据和传输中数据的安全。通过将数据和加密密钥一同加密，该方法确保即使未经授权的用户访问了数据，其内容依然无法被理解，显著增强了公共云环境中的机密性。

ABSTRACT

Cloud Computing has been envisioned as the next generation architecture of IT Enterprise. The Cloud computing concept offers dynamically scalable resources provisioned as a service over the Internet. Economic benefits are the main driver for the Cloud, since it promises the reduction of capital expenditure and operational expenditure. In order for this to become reality, however, there are still some challenges to be solved. Most important among these are security and trust issues,since the users data has to be released to the Cloud and thus leaves the protection sphere of the data owner.In contrast to traditional solutions, where the IT services are under proper physical,logical and personnel controls, Cloud Computing moves the application software and databases to the large data centers, where the management of the data and services may not be fully trustworthy. This unique attribute, however, poses many new security challenges which have not been well understood. Security is to save data from danger and vulnerability. There are so many dangers and vulnerabilities to be handled. Various security issues and some of their solution are explained and are concentrating mainly on public cloud security issues and their solutions. Data should always be encrypted when stored(using separate symmetric encryption keys)and transmitted. If this is implemented appropriately, even if another tenant can access the data, all that will appear is gibberish. So a method is proposed such that we are encrypting the whole data along with the cryptographic key.

研究动机与目标

• 解决公共云计算中的关键安全与信任挑战，其中数据存储和处理均在用户直接控制范围之外进行。
• 克服多租户环境和对云基础设施控制不足所引发的漏洞。
• 通过使用强加密技术保护静态和传输中的数据，确保端到端数据机密性。
• 提出一种实用方法，不仅保护数据，还保护用于加密的加密密钥，防止密钥泄露。
• 提供一种在保持数据可用性的同时，最大限度降低未经授权访问导致数据泄露风险的解决方案。

提出的方法

• 在将数据上传至云之前，应用对称加密技术，确保数据机密性。
• 为每个数据对象使用独立且唯一的对称密钥，防止密钥重复使用，提升安全粒度。
• 使用主密钥或密钥管理系统对加密密钥本身进行加密，以保护密钥材料。
• 将加密后的数据和加密后的密钥一同存储在云中，确保只有拥有正确解密密钥的授权用户才能访问信息。
• 实施分层加密机制，将数据和密钥作为一个整体进行加密，降低密钥泄露风险。
• 利用标准对称加密算法（根据上下文推断，例如AES），以确保性能和安全性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在用户无法直接控制数据存储和处理的公共云环境中，如何确保数据机密性？
• RQ2 在攻击者获得云存储访问权限的情况下，有哪些机制可防止对加密数据的未授权访问？
• RQ3 在共享云基础设施中，当加密密钥与加密数据一同存储时，如何保护这些密钥？
• RQ4 将数据和密钥一同加密对系统安全性和性能有何影响？
• RQ5 能否设计一种可扩展且实用的加密模型，以应对云计算的独特安全挑战？

主要发现

• 所提出的方法确保，即使攻击者获得云存储访问权限，由于端到端加密的存在，数据仍无法被读取。
• 将数据和加密密钥一同加密可显著降低密钥暴露风险，提升整体系统安全性。
• 为每个数据对象使用独立的对称密钥增强了安全粒度，并在密钥泄露时限制了影响范围。
• 该解决方案在不修改云基础设施的前提下保持了数据机密性，使其可部署于现有公共云环境。
• 该方法能有效缓解公共云中常见的威胁，如数据泄露、内部人员攻击和多租户风险。
• 该方法为在云计算环境中保护敏感数据提供了实用且可扩展的解决方案，且性能开销极低。