雲端規模下的安全 IP 位址分配

핵심 개념

透過對雲端租戶行為、對手策略和雲端供應商政策的嚴格分析,開發了一種實用的 IP 位址分配防禦機制,以保護位址池免受對手掃描的影響,即使對手不受租戶數量的限制。

초록

本文提出了一個全面、創新的框架來建模安全的 IP 位址分配。它包括租戶行為的統計模型(資源分配和潛在配置)、分配政策算法(包括提出的 IP 掃描分段政策)以及對手行為的威脅模型。

作者首先分析了租戶行為,包括靜態和動態資源分配。他們使用傅立葉級數來建模租戶的自動擴展行為,並考慮了地理位置對租戶行為的影響。

接下來,作者建模了租戶在分配 IP 位址時留下的潛在配置。他們假設這種行為可以用泊松過程來建模,並根據分配持續時間的指數分佈來確定潛在配置的持續時間。

作者還定義了一個強大的對手模型,即能夠使用多個雲端帳戶進行 Sybil 攻擊的對手。這種對手可以繞過現有的防禦措施,並大規模分配 IP 位址。

為了應對這種威脅,作者提出了一種新的 IP 位址分配策略,稱為 IP 掃描分段。該策略通過識別表明對手行為的租戶行為模式來保護 IP 位址池。它優先分配給之前分配時間與當前租戶相似的 IP 位址,從而降低對手獲取具有潛在配置的 IP 位址的能力。

作者使用 EIPSIM 模擬器對這些分配策略進行了廣泛的評估。結果表明,與現有技術相比,IP 掃描分段可將對手發現可利用的潛在配置減少 70.1%,並將發現的唯一 IP 位址減少 83.8%。這些結果表明,通過對 IP 位址分配進行原則性分析和實施,可為租戶及其用戶帶來顯著的安全收益。

통계

在高達 97% 的最大池利用率下,隨著池使用率的增加,與潛在配置相關的 IP 位址的比例會增加。
在 80% 和 90% 的最大池利用率下,LRU 政策可以將 IP 位址在重複使用之間的時間最大化。
在 90% 的最大池利用率下,TAGGED 和 SEGMENTED 政策可將單一租戶對手發現的唯一 IP 位址減少 95% 以上。
在 90% 的最大池利用率下,TAGGED 和 SEGMENTED 政策可將單一租戶對手發現的潛在配置減少 90% 以上。

인용구

"透過對租戶行為、對手策略和雲端供應商政策的嚴格分析,開發了一種實用的 IP 位址分配防禦機制,以保護位址池免受對手掃描的影響,即使對手不受租戶數量的限制。"
"IP 掃描分段可將對手發現可利用的潛在配置減少 70.1%,並將發現的唯一 IP 位址減少 83.8%。"

핵심 통찰 요약

Secure IP Address Allocation at Cloud Scale

by Eric Pauley ... 게시일 arxiv.org 09-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2210.14999.pdf

더 깊은 질문

雲端供應商是否可以進一步限制租戶的 IP 位址分配,以降低對手的攻擊成本?

雲端供應商可以採取多種策略來進一步限制租戶的 IP 位址分配，以降低對手的攻擊成本。首先，供應商可以實施更嚴格的 IP 分配政策，例如增加 IP 地址的冷卻時間，這樣在 IP 地址被釋放後，必須經過一段時間才能再次分配，從而減少對手快速重複利用相同 IP 地址的機會。此外，供應商可以根據租戶的行為模式來動態調整 IP 分配策略，對於那些顯示出可疑行為的租戶，供應商可以限制其分配的 IP 數量或增加其 IP 地址的分配延遲。這樣的措施不僅能降低對手的攻擊成本，還能提高整體雲端環境的安全性。

如果對手能夠利用其他方式(如 DDoS 攻擊)來破壞 IP 位址池的安全性,IP 掃描分段策略是否仍然有效?

IP 掃描分段策略在面對 DDoS 攻擊等其他攻擊方式時，仍然可以提供一定的保護。這種策略的核心在於識別和標記租戶的行為模式，並根據這些模式來分配 IP 地址。即使對手能夠發起 DDoS 攻擊，這種策略仍然可以減少對手快速獲取大量 IP 地址的能力，因為它會優先分配那些已經被標記為長期使用的 IP 地址，從而降低對手利用新分配的 IP 地址進行攻擊的可能性。然而，DDoS 攻擊的本質是大量流量的湧入，這可能會影響到整體的 IP 地址池的可用性，因此雲端供應商還需要結合其他防禦措施，如流量過濾和速率限制，來進一步增強防護效果。

除了 IP 位址分配,雲端供應商還可以採取哪些其他措施來保護租戶免受 IP 位址重複使用的攻擊?

除了改進 IP 位址分配策略外，雲端供應商還可以採取多種其他措施來保護租戶免受 IP 位址重複使用的攻擊。首先，供應商可以實施更嚴格的監控和日誌記錄系統，以便及時檢測和響應可疑的租戶行為。這包括對 IP 地址的使用情況進行實時分析，識別出異常的流量模式或重複的 IP 地址分配。其次，供應商可以提供更強的安全配置選項，例如加密和身份驗證機制，以保護租戶的數據不被未經授權的訪問。此外，供應商還可以與租戶合作，提供最佳實踐指南，幫助租戶管理其 IP 地址配置，確保在釋放 IP 地址時及時清除相關的配置，從而減少潛在的安全風險。這些綜合措施將有助於提高整體的雲端安全性，並減少 IP 位址重複使用所帶來的風險。