U kontekstu nepouzdanih servera za skladištenje, kakav je značaj održavanja dosljednog i provjerljivog dnevnika operacija i kako se to može postići?
U domenu sajber sigurnosti, posebno kada je u pitanju sigurnost skladištenja na nepouzdanim serverima za skladištenje podataka, održavanje konzistentnog i provjerljivog dnevnika operacija je najvažnije. Ovaj zahtjev proizlazi iz potrebe da se osigura integritet podataka, dostupnost i povjerljivost u okruženjima u kojima se infrastrukturi za skladištenje ne može u potpunosti vjerovati. Nepouzdani serveri za skladištenje predstavljaju značajne rizike, uključujući neovlašćenu modifikaciju podataka, brisanje i neovlašćeni pristup. Stoga, dosljedan i provjerljiv dnevnik operacija igra važnu ulogu u ublažavanju ovih rizika.
Konzistentan dnevnik operacija odnosi se na sekvencijalni i hronološki zapis svih radnji izvršenih na podacima pohranjenim na serveru. Ovaj dnevnik bi trebao biti nepromjenjiv i neovlašten, osiguravajući da se mogu otkriti sve neovlaštene izmjene. Značaj takvog dnevnika leži u njegovoj sposobnosti da pruži tačnu i pouzdanu istoriju svih interakcija sa podacima, što je od suštinskog značaja za reviziju, forenzičku analizu i usklađenost sa regulatornim zahtevima.
Da bi se postigao dosljedan i provjerljiv dnevnik operacija, može se koristiti nekoliko tehnika i tehnologija. To uključuje kriptografske metode, sigurne mehanizme evidentiranja i konsenzus protokole. U nastavku ćemo detaljno razmotriti ove metode:
Kriptografske metode
1. Hash Chains: Hash lanac je niz hash vrijednosti gdje je svaka heš vrijednost zavisna od prethodne. Ovo stvara vezu između svakog unosa dnevnika, osiguravajući da će svaka modifikacija unosa prekinuti lanac. Na primjer, ako su unosi dnevnika predstavljeni sa 
, hash lanac se može konstruirati na sljedeći način:
![\[ H_1 = H(L_1), \quad H_2 = H(H_1 || L_2), \quad ..., \quad H_n = H(H_{n-1} || L_n) \]](https://eitca.org/wp-content/ql-cache/quicklatex.com-6bd55b085330f66146f1faeb038d497a_l3.png "Rendered by QuickLaTeX.com")
gdje 
označava kriptografsku hash funkciju, i 
predstavlja konkatenaciju. Ova struktura osigurava da svako neovlašteno mijenjanje unosa u dnevnik 
će rezultirati neslaganjem u narednim hash vrijednostima, otkrivajući time neovlašteno mijenjanje.
2. Digitalni potpisi: Svaki unos dnevnika može biti digitalno potpisan od strane pouzdane strane koristeći asimetričnu kriptografiju. Digitalni potpis osigurava autentičnost i integritet, jer se može provjeriti korištenjem javnog ključa potpisnika. Na primjer, ako je unos u dnevnik je potpisan privatnim ključem 
, potpis 
može verifikovati svako ko ima pristup odgovarajućem javnom ključu 
. Ova metoda osigurava da svaka promjena na će poništiti potpis.
3. Merkle Trees: Merkle stablo je binarno stablo gdje svaki listni čvor predstavlja heš unosa dnevnika, a svaki unutrašnji čvor predstavlja heš svojih podređenih čvorova. Koren Merkleovog stabla, poznat kao Merkle koren, obezbeđuje jednu heš vrednost koja predstavlja ceo skup unosa u dnevnik. Struktura Merkleovog stabla omogućava efikasan i provjerljiv dokaz uključivanja, što znači da se može dokazati da li je određeni unos u dnevnik dio dnevnika bez otkrivanja cijelog dnevnika. Ovo je posebno korisno za održavanje privatnosti uz osiguranje integriteta.
Mehanizmi sigurnog evidentiranja
1. Dnevnici samo za dodavanje: Dnevnik samo za dodavanje je struktura dnevnika u kojoj se unosi mogu samo dodati, a ne mijenjati ili brisati. Ova nepromjenjivost osigurava da jednom kada je unos zabilježen, on ostaje u dnevniku trajno. Implementacija dnevnika samo za dodavanje obično uključuje korištenje medija za pohranu za pisanje jednom-čitaj-više (WORM) ili korištenje mehanizama zasnovanih na softveru koji sprječavaju modifikacije postojećih unosa dnevnika.
2. Blockchain Technology: Blockchain je decentralizirana i distribuirana tehnologija knjige koja sama po sebi pruža dosljedan i provjerljiv dnevnik operacija. Svaki blok u blockchainu sadrži listu transakcija (log unosa), vremensku oznaku i kriptografski hash prethodnog bloka. Ovo ulančavanje blokova osigurava da će svako neovlašteno mijenjanje bloka poništiti sljedeće blokove. Blockchain tehnologija također koristi protokole konsenzusa za postizanje dogovora između distribuiranih čvorova, dodatno poboljšavajući sigurnost i pouzdanost dnevnika.
3. Pouzdana okruženja za izvršenje (TEE): TEE-ovi, kao što su Intel SGX ili ARM TrustZone, pružaju sigurnu enklavu unutar procesora u kojoj se kod i podaci mogu bezbedno izvršavati i čuvati. Koristeći TEE-ove, može se osigurati da se unosi u dnevnik snimaju i održavaju u bezbednom i izolovanom okruženju, zaštićenom od neovlašćenog pristupa od strane nepouzdanog servera za skladištenje. TEE-ovi se također mogu koristiti za sigurno generiranje i pohranjivanje kriptografskih ključeva koji se koriste za potpisivanje unosa u dnevnik.
Consensus Protocols
U distribuiranim sistemima, postizanje konzistentnosti i provjerljivosti dnevnika često zahtijeva protokole konsenzusa kako bi se osiguralo da se svi čvorovi u sistemu slažu o redoslijedu i sadržaju unosa dnevnika. Neki najčešće korišteni protokoli konsenzusa uključuju:
1. Paxos: Paxos je porodica konsenzus protokola dizajniranih za postizanje dogovora između distribuiranih čvorova u prisustvu kvarova. Paxos osigurava da se svi neispravni čvorovi slažu sa istim redoslijedom unosa u dnevnik, pružajući konzistentnost i toleranciju grešaka.
2. Splav: Raft je još jedan konsenzus algoritam koji je dizajniran da bude razumljiviji i lakši za implementaciju od Paxosa. Raft dijeli proces konsenzusa na izbor lidera, replikaciju dnevnika i sigurnost, osiguravajući da distribuirani dnevnik ostane dosljedan i provjerljiv.
3. Vizantijska tolerancija na greške (BFT): BFT protokoli, kao što je praktična vizantijska tolerancija grešaka (PBFT), dizajnirani su za postizanje konsenzusa u sistemima u kojima čvorovi mogu pokazati proizvoljne (vizantijske) greške, uključujući zlonamjerno ponašanje. BFT protokoli osiguravaju da dnevnik ostane dosljedan i provjerljiv čak iu prisustvu zlonamjernih čvorova.
Praktični primjer
Razmislite o scenariju u kojem finansijska institucija koristi nepouzdanu uslugu skladištenja u oblaku za pohranjivanje dnevnika transakcija. Kako bi osigurala integritet i provjerljivost ovih dnevnika, institucija može primijeniti sljedeće mjere:
1. Hash Chains: Svaki unos u dnevniku transakcija je heširan i povezan s prethodnim unosom pomoću hash lanca. Ovo osigurava da će svako neovlašteno mijenjanje unosa dnevnika biti otkriveno.
2. Digitalni potpisi: Svaki unos u dnevnik je digitalno potpisan privatnim ključem institucije. Ovo osigurava autentičnost i nepobitnost, jer se potpis može provjeriti korištenjem javnog ključa institucije.
3. Merkle Trees: Institucija periodično konstruiše Merkle stablo unosa dnevnika i objavljuje Merkle koren na javnoj oglasnoj tabli ili blockchainu. Ovo omogućava svakome da provjeri integritet unosa dnevnika bez pristupa cijelom dnevniku.
4. blockchain: Institucija također može snimiti dnevnike transakcija na privatni blockchain. Decentralizirana priroda blockchaina osigurava da zapisnik ostane dosljedan i provjerljiv, čak i u prisustvu nepouzdanih servera za pohranu.
5. TEEs: Institucija može iskoristiti TEE-ove za sigurno snimanje i pohranjivanje unosa dnevnika unutar sigurne enklave, štiteći ih od neovlaštenog neovlaštenog servera za skladištenje.
6. Consensus Protocols: Ako institucija koristi distribuirani sistem skladištenja, može koristiti protokole konsenzusa kao što su Raft ili PBFT kako bi osigurala da se svi čvorovi slažu o redoslijedu i sadržaju dnevnika transakcija.
Implementacijom ovih mjera, finansijska institucija može održavati dosljedan i provjerljiv dnevnik operacija, osiguravajući integritet, dostupnost i povjerljivost svojih evidencija transakcija, čak i kada koristi nepouzdane servere za skladištenje.
Ostala nedavna pitanja i odgovori u vezi EITC/IS/ACSS Napredna sigurnost računarskih sistema:
- Koji su neki od izazova i kompromisa koji su uključeni u implementaciju hardverskih i softverskih ublažavanja protiv vremenskih napada uz održavanje performansi sistema?
- Koju ulogu igra prediktor grananja u napadima na CPU vremensko određivanje vremena i kako napadači mogu njime manipulisati da bi procurili osetljive informacije?
- Kako programiranje u stalnom vremenu može pomoći u smanjenju rizika od vremenskih napada u kriptografskim algoritmima?
- Šta je spekulativno izvršenje i kako ono doprinosi ranjivosti modernih procesora na napade na vrijeme kao što je Spectre?
- Kako vremenski napadi iskorištavaju varijacije u vremenu izvršenja da bi zaključili osjetljive informacije iz sistema?
- Kako se koncept fork konzistentnosti razlikuje od konzistentnosti dohvati-modifikuje i zašto se konzistentnost viljuške smatra najjačom mogućom konzistentnošću u sistemima sa nepouzdanim serverima za skladištenje?
- Koji su izazovi i potencijalna rješenja za implementaciju robusnih mehanizama kontrole pristupa kako bi se spriječile neovlaštene izmjene u zajedničkom sistemu datoteka na nepouzdanom serveru?
- Kako kriptografske tehnike poput digitalnih potpisa i enkripcije mogu pomoći da se osigura integritet i povjerljivost podataka pohranjenih na nepouzdanim serverima?
- Šta su vizantijski serveri i kako predstavljaju prijetnju sigurnosti sistema za skladištenje podataka?
- Kako protokoli kao što su STARTTLS, DKIM i DMARC doprinose sigurnosti e-pošte i koje su njihove uloge u zaštiti komunikacije putem e-pošte?
Pogledajte više pitanja i odgovora u EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security