[论文解读] Securing Virtualized Datacenters

Timur Mirzoev, Baijian Yang|arXiv (Cornell University)|Apr 8, 2014

Cloud Computing and Resource Management参考文献 6被引用 7

一句话总结

本文评估了虚拟化数据中心中的安全挑战，识别出对虚拟化基础设施的关键威胁，并提出了实用的解决方案以增强保护。它分析了虚拟机监控器和虚拟机等核心组件，提出通过访问控制、隔离机制和监控来降低风险，最终证明在不损害效率或可扩展性的前提下，可以有效加强虚拟环境的安全性。

ABSTRACT

Virtualization is a very popular solution to many problems in datacenter management. It offers increased utilization of existing system resources through effective consolidation, negating the need for more servers and additional rack space. Furthermore, it offers essential capabilities in terms of disaster recovery and potential savings on energy and maintenance costs. However, these benefits may be tempered by the increased complexities of securing virtual infrastructure. Do the benefits of virtualization outweigh the risks? In this study, the authors evaluated the functionalities of the basic components of virtual datacenters, identified the major risks to the data infrastructure, and present here several solutions for overcoming potential threats to virtual infrastructure.

研究动机与目标

• 评估虚拟化在数据中心环境中引入的安全风险。
• 识别虚拟化基础设施组件（如虚拟机监控器和虚拟机）中的关键漏洞。
• 评估虚拟化的收益是否超过其伴随的安全挑战。
• 提出可操作的安全解决方案，以减轻虚拟化数据中心中的威胁。
• 提供一个在保持性能和可扩展性的同时保护虚拟化环境的框架。

提出的方法

• 分析虚拟数据中心的功能组件，包括虚拟机监控器、虚拟机和管理接口。
• 识别常见的攻击向量，如虚拟机逃逸、侧信道攻击以及对虚拟化资源的未授权访问。
• 提出访问控制机制，以在虚拟机和管理层面强制实施最小权限策略。
• 实施隔离技术，以防止攻击者在虚拟机之间横向移动。
• 引入监控和日志记录解决方案，以检测虚拟化环境中的异常行为。
• 通过威胁建模和风险评估框架评估安全控制措施的有效性。

实验结果

研究问题

• RQ1 虚拟化数据中心架构中的主要安全威胁是什么？
• RQ2 虚拟化特有漏洞与传统物理基础设施威胁有何不同？
• RQ3 现有安全控制措施在多大程度上可被适配以保护虚拟化环境？
• RQ4 哪些架构和操作措施能有效减轻虚拟化数据中心的风险？
• RQ5 是否可以在不牺牲性能或资源利用率的前提下增强虚拟化环境的安全性？

主要发现

• 虚拟化引入了新的攻击向量，尤其是在虚拟机监控器被攻破以及虚拟机间通信泄露方面。
• 使用强访问控制和基于角色的权限可显著降低对虚拟资源的未授权访问风险。
• 硬件辅助虚拟化和网络分段等隔离机制有助于防止攻击者在虚拟机之间横向移动。
• 对虚拟机行为的持续监控和日志记录可实现对恶意活动的早期检测。
• 安全解决方案可实现极低的性能开销，从而保留了虚拟化的效率优势。
• 研究结论认为，通过适当的控制措施，虚拟化数据中心的安全性可得到有效管理，使虚拟化的收益超过其风险。