[论文解读] Securing Serverless Computing: Challenges, Solutions, and Opportunities

Xing Li, Xue Leng+1 more|arXiv (Cornell University)|May 25, 2021

Security and Verification in Computing参考文献 13被引用 12

一句话总结

本文首次全面综述了无服务器计算的安全问题，分析了学术研究与工业解决方案在资源隔离、监控、管理与数据保护四大关键挑战中的表现。研究揭示了学术创新与工业部署之间，特别是在开源平台中的关键差距，并提出了可操作的研究机会，以加强无服务器工作负载的安全生态系统。

ABSTRACT

Serverless computing is a new cloud service model that reduces both cloud providers' and consumers' costs through extremely agile development, operation, and charging mechanisms and has been widely applied since its emergence. Nevertheless, some characteristics of serverless computing, such as fragmented application boundaries, have raised new security challenges. Considerable literature work has been committed to addressing these challenges. Commercial and open-source serverless platforms implement many security measures to enhance serverless environments. This paper presents the first survey of serverless security that considers both literature work and industrial security measures. We summarize the primary security challenges, analyze corresponding solutions from the literature and industry, and identify potential research opportunities. Then, we conduct a gap analysis of the academic and industrial solutions as well as commercial and open-source serverless platforms' security capabilities, and finally, we present a complete picture of current serverless security research.

研究动机与目标

• 系统识别并分类无服务器计算中由其独特架构特性引发的主要安全挑战。
• 通过分析基于文献的解决方案与商业及开源平台中的实际实现，弥合学术研究与工业实践之间的差距。
• 评估商业平台与开源平台中当前安全措施的成熟度与完整性。
• 基于对现有解决方案的对比分析，识别无服务器安全领域中尚未充分探索的研究机会。
• 通过揭示现有方法的局限性并倡导标准化、社区驱动的安全增强，为未来研究奠定基础。

提出的方法

• 对无服务器安全领域的学术文献进行系统性综述，以分类和分析针对四大核心挑战（隔离、监控、管理与数据保护）所提出的解决方案。
• 基于五个维度（隔离、监控、管理、加密与工具链）对商业无服务器平台（如 AWS Lambda、Azure Functions）和开源平台（如 OpenFaaS、Kubeless）的安全机制进行调查与比较。
• 将学术解决方案与工业实现进行映射，以评估其在实际场景中的适用性，并识别部署准备度方面的差距。
• 开展多维度差距分析，比较学术研究与工业解决方案的完整性和成熟度，以及商业平台与开源平台之间的差异。
• 使用标准化评估标准评估安全能力，包括虚拟私有云（VPC）、身份访问管理（IAM）、加密机制，以及与监控/链路追踪工具的集成。
• 基于识别出的缺陷，提出未来研究方向，尤其关注开源平台和跨平台互操作性方面。

实验结果

研究问题

• RQ1 无服务器计算中的主要安全挑战是什么？其根本原因是否源于该模型的架构特性？
• RQ2 学术界提出的无服务器安全解决方案在完整性和实用性方面，与商业平台中的工业实现相比如何？
• RQ3 商业平台与开源平台在安全能力方面存在哪些关键差异？导致这些差异的因素是什么？
• RQ4 哪些安全方面仍处于研究不足或实现不足状态，特别是在开源生态系统中？未来工作存在哪些机会？
• RQ5 如何改进学术创新与工业实践的集成，以加速在无服务器环境中部署稳健安全机制？

主要发现

• 与开源平台相比，商业无服务器平台在隔离、监控和访问控制等方面提供了更全面且更成熟的安全部件。
• 开源平台在很大程度上依赖底层基础设施（如 Kubernetes、Docker）实现安全，导致其安全能力整合度较低且缺乏标准化。
• 学术研究在隔离与监控方面提出了创新性解决方案，但其中许多尚未经过真实环境测试或实际采纳。
• 学术界提出的理论安全机制与工业界在商业平台中实现的生产级解决方案之间存在显著差距。
• 开源平台中的安全管理和数据保护通常外包给第三方工具或基础设施，降低了控制力与一致性。
• 开源无服务器平台缺乏事实上的标准，阻碍了统一、原生安全设计的安全机制的发展，为长期采用带来潜在风险。