Trong bối cảnh các máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy, tầm quan trọng của việc duy trì nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng là gì và làm cách nào để đạt được điều này?

/ / Xuất bản năm An ninh mạng, Bảo mật hệ thống máy tính nâng cao EITC/IS/ACSS, Bảo mật lưu trữ, Máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy, ôn thi

Trong lĩnh vực an ninh mạng, đặc biệt liên quan đến bảo mật lưu trữ trên các máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy, việc duy trì nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng là điều tối quan trọng. Yêu cầu này xuất phát từ sự cần thiết phải đảm bảo tính toàn vẹn, tính sẵn có và bảo mật của dữ liệu trong các môi trường nơi cơ sở hạ tầng lưu trữ không thể được tin cậy hoàn toàn. Máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy gây ra rủi ro đáng kể, bao gồm sửa đổi, xóa và truy cập trái phép dữ liệu. Do đó, nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu những rủi ro này.

Nhật ký hoạt động nhất quán đề cập đến bản ghi tuần tự và theo trình tự thời gian của tất cả các hành động được thực hiện trên dữ liệu được lưu trữ trên máy chủ. Nhật ký này phải không thể thay đổi và không bị giả mạo, đảm bảo rằng mọi thay đổi trái phép đều có thể được phát hiện. Tầm quan trọng của nhật ký như vậy nằm ở khả năng cung cấp lịch sử chính xác và đáng tin cậy của tất cả các tương tác với dữ liệu, điều này rất cần thiết cho việc kiểm tra, phân tích điều tra và tuân thủ các yêu cầu quy định.

Để đạt được nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng, một số kỹ thuật và công nghệ có thể được sử dụng. Chúng bao gồm các phương pháp mã hóa, cơ chế ghi nhật ký an toàn và giao thức đồng thuận. Dưới đây, chúng tôi xem xét các phương pháp này một cách chi tiết:

Phương pháp mã hóa

1. Chuỗi băm: Chuỗi băm là một chuỗi các giá trị băm trong đó mỗi giá trị băm phụ thuộc vào giá trị trước đó. Điều này tạo ra một liên kết giữa mỗi mục nhật ký, đảm bảo rằng bất kỳ sửa đổi nào đối với một mục sẽ phá vỡ chuỗi. Ví dụ: nếu các mục nhật ký được biểu thị bằng L_1, L_2, ..., L_n, chuỗi băm có thể được xây dựng như sau:

    \[ H_1 = H(L_1), \quad H_2 = H(H_1 || L_2), \quad ..., \quad H_n = H(H_{n-1} || L_n) \]

Ở đâu H biểu thị hàm băm mật mã và || tượng trưng cho sự ghép nối. Cấu trúc này đảm bảo rằng bất kỳ sự giả mạo nào với mục nhật ký đều L_i sẽ dẫn đến sự không khớp trong các giá trị băm tiếp theo, từ đó phát hiện ra sự giả mạo.

2. Chữ ký số: Mỗi mục nhật ký có thể được ký điện tử bởi một bên đáng tin cậy bằng cách sử dụng mật mã bất đối xứng. Chữ ký số cung cấp tính xác thực và tính toàn vẹn vì nó có thể được xác minh bằng khóa chung của người ký. Ví dụ: nếu một mục nhật ký L_i được ký bằng khóa riêng K_{riêng}, chữ ký S_i = \text{Ký}(K_{priv}, L_i) có thể được xác minh bởi bất kỳ ai có quyền truy cập vào khóa chung tương ứng K_{pub}. Phương pháp này đảm bảo rằng bất kỳ sự thay đổi nào đối với L_i sẽ làm mất hiệu lực chữ ký.

3. Cây Merkle: Cây Merkle là cây nhị phân trong đó mỗi nút lá biểu thị hàm băm của một mục nhật ký và mỗi nút bên trong biểu thị hàm băm của các nút con của nó. Gốc của cây Merkle, được gọi là gốc Merkle, cung cấp một giá trị băm duy nhất đại diện cho toàn bộ tập hợp các mục nhật ký. Cấu trúc cây Merkle cho phép đưa ra bằng chứng hiệu quả và có thể kiểm chứng về việc đưa vào, nghĩa là người ta có thể chứng minh liệu một mục nhật ký cụ thể có phải là một phần của nhật ký hay không mà không tiết lộ toàn bộ nhật ký. Điều này đặc biệt hữu ích để duy trì sự riêng tư trong khi vẫn đảm bảo tính toàn vẹn.

Cơ chế ghi nhật ký an toàn

1. Nhật ký chỉ thêm vào: Nhật ký chỉ bổ sung là một cấu trúc nhật ký trong đó các mục chỉ có thể được thêm vào và không thể sửa đổi hoặc xóa. Tính bất biến này đảm bảo rằng một khi một mục được ghi lại, nó sẽ tồn tại vĩnh viễn trong nhật ký. Việc triển khai nhật ký chỉ gắn thêm thường liên quan đến việc sử dụng phương tiện lưu trữ ghi một lần đọc nhiều lần (WORM) hoặc sử dụng các cơ chế dựa trên phần mềm để ngăn sửa đổi các mục nhập nhật ký hiện có.

2. Công nghệ chuỗi khối: Blockchain là một công nghệ sổ cái phi tập trung và phân tán, vốn cung cấp nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng. Mỗi khối trong chuỗi khối chứa một danh sách các giao dịch (mục nhật ký), dấu thời gian và hàm băm mật mã của khối trước đó. Việc xâu chuỗi các khối này đảm bảo rằng bất kỳ sự giả mạo nào với một khối sẽ làm vô hiệu các khối tiếp theo. Công nghệ chuỗi khối cũng sử dụng các giao thức đồng thuận để đạt được sự đồng thuận giữa các nút phân tán, nâng cao hơn nữa tính bảo mật và độ tin cậy của nhật ký.

3. Môi trường thực thi đáng tin cậy (TEE): TEE, chẳng hạn như Intel SGX hoặc ARM TrustZone, cung cấp một vùng bảo mật bên trong bộ xử lý nơi mã và dữ liệu có thể được thực thi và lưu trữ an toàn. Bằng cách tận dụng TEE, người ta có thể đảm bảo rằng các mục nhật ký được ghi lại và duy trì trong môi trường an toàn và tách biệt, được bảo vệ khỏi sự giả mạo của máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy. TEE cũng có thể được sử dụng để tạo và lưu trữ các khóa mật mã được sử dụng để ký các mục nhật ký một cách an toàn.

Các giao thức đồng thuận

Trong các hệ thống phân tán, việc đạt được tính nhất quán và khả năng xác minh của nhật ký thường yêu cầu các giao thức đồng thuận để đảm bảo rằng tất cả các nút trong hệ thống đều đồng ý về thứ tự và nội dung của các mục nhật ký. Một số giao thức đồng thuận thường được sử dụng bao gồm:

1. Paxos: Paxos là một nhóm các giao thức đồng thuận được thiết kế để đạt được sự đồng thuận giữa các nút phân tán khi có lỗi. Paxos đảm bảo rằng tất cả các nút không bị lỗi đều đồng ý về cùng một chuỗi các mục nhật ký, mang lại tính nhất quán và khả năng chịu lỗi.

2. Bè: Raft là một thuật toán đồng thuận khác được thiết kế để dễ hiểu và dễ thực hiện hơn Paxos. Raft chia quy trình đồng thuận thành bầu chọn người lãnh đạo, sao chép nhật ký và an toàn, đảm bảo rằng nhật ký phân phối vẫn nhất quán và có thể kiểm chứng được.

3. Khả năng chịu lỗi Byzantine (BFT): Các giao thức BFT, chẳng hạn như Dung sai lỗi Byzantine thực tế (PBFT), được thiết kế để đạt được sự đồng thuận trong các hệ thống nơi các nút có thể biểu hiện các lỗi tùy ý (Byzantine), bao gồm cả hành vi nguy hiểm. Giao thức BFT đảm bảo rằng nhật ký vẫn nhất quán và có thể kiểm chứng ngay cả khi có các nút độc hại.

Ví dụ thực tế

Hãy xem xét tình huống trong đó một tổ chức tài chính sử dụng dịch vụ lưu trữ đám mây không đáng tin cậy để lưu trữ nhật ký giao dịch. Để đảm bảo tính toàn vẹn và khả năng xác minh của các nhật ký này, tổ chức có thể thực hiện các biện pháp sau:

1. Chuỗi băm: Mỗi mục nhật ký giao dịch được băm và liên kết với mục trước đó bằng chuỗi băm. Điều này đảm bảo rằng mọi hành vi giả mạo mục nhập nhật ký sẽ bị phát hiện.

2. Chữ ký số: Mỗi mục nhật ký được ký điện tử bằng khóa riêng của tổ chức. Điều này mang lại tính xác thực và không thể chối bỏ, vì chữ ký có thể được xác minh bằng khóa chung của tổ chức.

3. Cây Merkle: Tổ chức định kỳ xây dựng cây Merkle gồm các mục nhật ký và xuất bản gốc Merkle trên bảng thông báo công khai hoặc chuỗi khối. Điều này cho phép mọi người xác minh tính toàn vẹn của các mục nhật ký mà không cần truy cập vào toàn bộ nhật ký.

4. Blockchain: Tổ chức cũng có thể ghi lại nhật ký giao dịch trên một blockchain riêng. Bản chất phi tập trung của blockchain đảm bảo rằng nhật ký vẫn nhất quán và có thể kiểm chứng được, ngay cả khi có các máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy.

5. TEE: Tổ chức có thể tận dụng TEE để ghi lại và lưu trữ các mục nhật ký một cách an toàn trong một vùng bảo mật, bảo vệ chúng khỏi bị giả mạo bởi máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy.

6. Các giao thức đồng thuận: Nếu tổ chức sử dụng hệ thống lưu trữ phân tán, tổ chức có thể sử dụng các giao thức đồng thuận như Raft hoặc PBFT để đảm bảo rằng tất cả các nút đều đồng ý về thứ tự và nội dung của nhật ký giao dịch.

Bằng cách thực hiện các biện pháp này, tổ chức tài chính có thể duy trì nhật ký hoạt động nhất quán và có thể kiểm chứng, đảm bảo tính toàn vẹn, tính khả dụng và bảo mật của nhật ký giao dịch của mình, ngay cả khi sử dụng máy chủ lưu trữ không đáng tin cậy.

Các câu hỏi và câu trả lời gần đây khác liên quan đến Bảo mật hệ thống máy tính nâng cao EITC/IS/ACSS:

Xem thêm câu hỏi và câu trả lời trong EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security

Thêm câu hỏi và câu trả lời:

Gắn thẻ theo: , , , , ,