Šta su vizantijski serveri i kako predstavljaju prijetnju sigurnosti sistema za skladištenje podataka?
Vizantijski serveri su koncept izveden iz problema vizantijskih generala, koji ilustruje izazove postizanja konsenzusa u distribuiranim računarskim sistemima gdje komponente mogu otkazati i postoje nesavršene informacije. U kontekstu sistema za skladištenje podataka, vizantijski serveri predstavljaju čvorove za skladištenje koji mogu da ispolje proizvoljno ili zlonamerno ponašanje, uključujući slanje konfliktnih informacija u različite delove sistema, ne reagovanje ili aktivan pokušaj korumpiranja ili manipulisanja podacima. Ovo ponašanje predstavlja značajne prijetnje sigurnosti i pouzdanosti sistema za skladištenje podataka, posebno onih koji se oslanjaju na distribuirane arhitekture.
Problem vizantijskih generala, koji su prvi predstavili Leslie Lamport, Robert Shostak i Marshall Pease 1982. godine, opisuje scenario u kojem se grupa generala mora dogovoriti oko zajedničke strategije kako bi izbjegli neuspjeh. Međutim, neki od generala mogu biti izdajice, dajući lažne informacije kako bi spriječili konsenzus. Prevodeći ovo na računarske sisteme, vizantijske greške se odnose na proizvoljne greške koje se mogu pojaviti u bilo kom delu sistema, uključujući softverske greške, hardverske greške ili zlonamerne napade.
U sistemima za skladištenje, vizantijski serveri mogu narušiti integritet, dostupnost i poverljivost podataka. Ove prijetnje se mogu kategorizirati na sljedeći način:
1. Integrity Threats: Vizantijski serveri mogu oštetiti podatke pohranjene u sistemu. Ova korupcija može biti suptilna, kao što je izmjena nekoliko bitova podataka, ili ozbiljnija, kao što je potpuna zamjena podataka lažnim informacijama. Izazov je u tome što se vizantijski serveri mogu pravilno ponašati većinu vremena, što otežava odmah otkrivanje korupcije. Na primjer, u distribuiranom sistemu datoteka, ako vizantijski server promijeni sadržaj datoteke, drugi klijenti koji pristupaju istoj datoteci mogu dobiti netačne podatke, što dovodi do potencijalnog gubitka podataka ili grešaka u aplikaciji.
2. Pretnje dostupnosti: Vizantijski serveri mogu poremetiti dostupnost podataka odbijanjem da odgovore na zahtjeve ili davanjem odgođenih odgovora. U distribuiranom sistemu skladištenja, ako podskup servera postane vizantijski, to može dovesti do situacije u kojoj sistem ne može da postigne neophodan kvorum za obavljanje operacija čitanja ili pisanja, što efektivno čini podatke nedostupnim. Na primjer, u servisu za pohranu u oblaku, ako nekoliko čvorova za pohranu prestane reagirati zbog ponašanja Vizantije, korisnici mogu doživjeti značajna kašnjenja ili potpunu nemogućnost pristupa svojim pohranjenim podacima.
3. Prijetnje povjerljivosti: Vizantijski serveri mogu procuriti osjetljive informacije neovlaštenim stranama. Ovo se može dogoditi ako je server kompromitovan od strane napadača koji zatim eksfiltrira podatke ili ako server namjerno dijeli podatke sa neovlaštenim entitetima. U scenariju u kojem se pohranjuju osjetljivi lični podaci ili vlasnički poslovni podaci, takva kršenja mogu dovesti do ozbiljnih povreda privatnosti i finansijskih gubitaka.
Da bi se umanjili rizici koje predstavljaju vizantijski serveri, razvijeno je nekoliko strategija i protokola. To uključuje:
- Vizantijski protokoli tolerancije grešaka (BFT).: Ovi protokoli su dizajnirani da postignu konsenzus u prisustvu vizantijskih grešaka. Jedan od najpoznatijih BFT protokola je praktična vizantijska tolerancija grešaka (PBFT), koji dozvoljava distribuiranom sistemu da toleriše da je do jedne trećine njegovih komponenti vizantijska. PBFT radi tako što ima više replika podataka i zahtijeva određeni broj replika da se dogovori o stanju podataka prije nego što se bilo koja operacija smatra izvršenom. Ovo osigurava da čak i ako su neke replike vizantijske, sistem i dalje može ispravno funkcionirati.
- Erasure kodiranje i redundantnost: Koristeći kodiranje za brisanje i redundantno skladištenje podataka na više servera, sistemi za skladištenje mogu tolerisati vizantijske greške. Kodiranje brisanjem razbija podatke u fragmente i kodira ih suvišnim informacijama, tako da čak i ako su neki fragmenti oštećeni ili izgubljeni, originalni podaci mogu biti rekonstruirani. Ovaj pristup povećava toleranciju grešaka i osigurava dostupnost podataka uprkos prisustvu vizantijskih servera.
- Kriptografske tehnike: Upotreba kriptografskih metoda kao što su digitalni potpisi i hash funkcije mogu pomoći u otkrivanju i sprječavanju oštećenja podataka od strane bizantskih servera. Na primjer, klijenti mogu potpisati svoje podatke prije nego što ih pohrane, a serveri za skladištenje mogu provjeriti potpise nakon preuzimanja. Svaka izmjena od strane vizantijskog servera rezultirala bi neusklađenošću potpisa, upozoravajući sistem na potencijalnu korupciju.
- Revizija i monitoring: Redovna revizija i praćenje servera za skladištenje mogu pomoći u otkrivanju ponašanja Vizantije. Kontinuirano provjeravajući integritet i dostupnost podataka, sistemi za skladištenje mogu identificirati i izolovati vizantijske servere. Tehnike kao što su protokoli izazov-odgovor, gdje serveri moraju dokazati da još uvijek posjeduju ispravne podatke, mogu se koristiti za osiguranje integriteta podataka.
- Sistemi replikacije i kvoruma: Replikacija podataka na više servera i korištenje pristupa zasnovanih na kvorumu za operacije čitanja i pisanja može ublažiti utjecaj vizantijskih grešaka. Sistem kvoruma zahtijeva određeni broj servera da se dogovore o operaciji prije nego što se ona izvrši. Ovo osigurava da čak i ako su neki serveri vizantijski, oni ne mogu sami poremetiti rad sistema.
Primjer praktične implementacije vizantijske tolerancije grešaka je Hyperledger Fabric blockchain platforma, koja koristi varijantu PBFT-a za postizanje konsenzusa među svojim čvorovima. U ovom sistemu, transakcije predlažu klijenti, odobrava ih podskup kolega, a zatim ih naređuje i potvrđuje mehanizam konsenzusa koji toleriše vizantijske greške. Ovo osigurava da se, čak i ako su neki peer-ovi zlonamjerni ili neispravni, održava integritet i dosljednost blockchaina.
Drugi primjer je Googleov Spanner, globalno distribuirana baza podataka koja koristi kombinaciju replikacije, kvorum sistema i sinhronizovanih satova za postizanje visoke dostupnosti i konzistentnosti. Iako nije eksplicitno dizajnirana za vizantijsku toleranciju grešaka, Spannerova arhitektura pruža robusnost protiv određenih tipova grešaka i osigurava integritet i dostupnost podataka u geografski raspršenim centrima podataka.
Prisustvo vizantijskih servera u sistemima za skladištenje zahteva sveobuhvatan pristup bezbednosti koji kombinuje više tehnika i protokola. Koristeći vizantijske protokole tolerancije grešaka, redundantnost, kriptografske metode, reviziju i sisteme kvoruma, sistemi za skladištenje mogu postići otpornost na proizvoljno i zlonamerno ponašanje koje pokazuju vizantijski serveri. Ovo osigurava integritet, dostupnost i povjerljivost podataka, čak iu slučaju sofisticiranih napada i kvarova.
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?
- U kontekstu nepouzdanih servera za skladištenje, kakav je značaj održavanja dosljednog i provjerljivog dnevnika operacija i kako se to može postići?
- Kako kriptografske tehnike poput digitalnih potpisa i enkripcije mogu pomoći da se osigura integritet i povjerljivost podataka pohranjenih na nepouzdanim serverima?
- 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