ارزیابی و تطبیق راه حل های امنیتی در محاسبات ابری

مهندسی نرم افزار
دانلود پایان نامه کارشناسی ارشد مهندسی نرم افزار ارزیابی و تطبیق راه حل های امنیتی در محاسبات ابری همراه با شبیه سازی چکیده باتوجه به آینده محاسبات ابری و گسترش کاربردهای آن و مزایای موجود در این تکنولوژی، همواره چالش هایی نیز برای کاربران وجود دارد که یکی از مهمترین و بحث برانگیزترین این چالش ها حفظ حریم خصوصی می باشد. با توجه به ذخیره سازی داده های خصوصی کاربران و داده های تجاری شرکت ها در محاسبات ابری، حفظ حریم خصوصی مسئله ای بسیار مهم برای کاربران استفاده کننده از محاسبات ابر و خود ارائه دهندگان سرویس های ابری می باشد. از بین حملات ابری چهار حمله اصلی که شامل حمله سیل آسا، حمله به بسته، حمله کدهای مخرب و حمله سرقت اطلاعات می باشد که در ابتدا این حملات و روش های مقابله با آن ها بررسی و در نهایت در این گزارش ما با استفاده از شبیه سازی این چهار راهکار امنیتی پیشنهادی رایانش ابری در نرم افزار NS2 و مقایسه نتایج به دست آمده آن به بررسی مسائل مربوط به حفظ حریم خصوصی در ابر و چالش های پیش رو می پردازیم و پیشنهاداتی را برای کاربران و ارائه دهندگان مطرح می کنیم. کلمات کلیدی امضای دیجیتال محاسبات ابری حریم خصوصی حفظ حریم خصوصی سیستم های تشخیص نفوذ مقدمه با توجه به گستردگی بحث امنیت در ابر رایانشی بررسی این مقوله ملزم به تفکیک قسمت های مختلف می باشد. در ابتدای امر باید تعریف کلی از ابر رایانشی داشته و سپس سیستم های تشخیص نفوذ توضیح داده خواهد شد. رایانش ابری به گونه ای سیستم های توزیع شده و موازی اطلاق می گردد که مجموعه ای از کامپیوترهای را که به یکدیگر متصل هستند شامل می شود. این کامپیوترها بطور پویا عرضه شده و بعنوان یک یا چند منبع محاسباتی یکپارچه بر اساس توافقات سرویس دیده می شوند. این توافقات در طول رد و بدل شدن پیام میان سرویس دهندگان و کاربران برقرار می-گردند. رایانش ابری سعی در ایجاد نسل جدیدی از مراکز داده ای، با ارائه سرویس ها و خدمات در ماشین های مجازی شبکه شده بصورت پویا دارد، و این عمل به گونه ای تحقق می یابد که کاربران بتوانند از هر جای دنیا به برنامه های کاربردی دسترسی داشته باشند. [1] بر طبق تعریف ویکی پدیا موسسه ملی فناوری و استانداردها (NIST) رایانش ابری را اینگونه تعریف می‌کند: «رایانش ابری مدلی برای فراهم كردن دسترسی آسان به مجموعه‌ای از منابع رایانشی قابل تغییر و پیکربندی (مثل: شبکه‌ها، سرورها، فضای ذخیره‌سازی، برنامه‌های کاربردی و سرویس‌ها) بر اساس تقاضای كاربر از طریق شبكه می باشد بشکلی که که این دسترسی بتواند با کمترین نیاز به مدیریت منابع یا دخالت مستقیم فراهم‌کننده سرویس‏ به سرعت فراهم شود.» عموما کاربران رایانش ابری مالک زیر ساخت فیزیکی ابر نیستند، بلکه برای اجتناب از هزینه آن را از عرضه کنندگان شخص ثالث اجاره می‌کنند. آنها منابع را در قالب سرویس مصرف می‌کنند و تنها بهای منابعی که به کار می‌برند را می‌پردازند. بسیاری از سرویس های رایانش ابری ارائه شده، با به کار گیری مدل رایانش همگانی امکان مصرف این سرویس ها را به گونه‌ای مشابه با صنایع همگانی(مانند برق) فراهم می‌سازند. این در حالی است که سایر گونه‌های عرضه کننده سرویس، بر مبنای اشتراک سرویس های خود را عرضه می‌کنند. فهرست مطالب چکیده 1 فصل اول: مقدمه 1-1-تعریف 3 1-1-1-رایانش ابری سیار 3 1-1-2- سیستم های تشخیص نفوذ در ابر رایانشی 4 1-1-3- امنیت در ابر رایانشی 4 1-1-4-امضای دیجیتال 5 1-2- روش شناسی تحقیق 5 1-3- اهداف مشخص تحقیق 5 1-4- دستاورد پروژه 6 1-5- اهمیت و ضرورت انجام تحقیق 7 1-5-1- حمله به بسته SOAP (Wrraping Attack)- لایه پلتفرم به عنوان سرویس 9 1-5-2- حمله از طریق كدهای مخرب (Malware-Injection)- لایه نرم افزار کاربردی 10 1-5-3-حمله سیل آسا(Flooding Attack) - لایه پلتفرم به عنوان سرویس 11 1-5-4- سرقت اطلاعات - (Data Stealing) لایه پلتفرم به عنوان سرویس 11 1-6- جنبه جدید بودن و نوآوری در تحقیق 11 فصل دوم: سابقه پژوهش 2-1- شرح تحقیق 14 2-2- سابقه پژوهش 14 2-2-1- سابقه پژوهش ابر رایانشی 14 2-2-1-1-مزایا و نقاط قوت Cloud Computing 14 2-2-1-1-1-هزینه های کمتر 14 2-2-1-1-2-سرعت بیشتر 15 2-2-1-1-3-مقیاس پذیری 15 2-2-1-1-4-به روزرسانی نرم افزاری سریع و دائم 15 2-2-1-1-5-ذخیره سازی اطلاعات 15 2-2-1-1-6-دسترسی جهانی به اسناد 16 2-2-1-1-7-مستقل از سخت افزار 16 2-2-1-2-نقاط ضعف رایانش ابری 16 2-2-1-2-1-نیاز به اتصال دائمی اینترنت 16 2-2-1-2-2-با اتصال های اینترنتی کم سرعت کار نمی کند 16 2-2-1-2-3-محدودیت ویژگی ها 17 2-2-1-2-4-عدم امنیت داده ها 17 2-2-1-3-انواع ابر 17 2-2-1-3-1-ابر عمومی(Public cloud). 17 2-2-1-3-2-ابر خصوصی(Private cloud) 17 2-2-1-3-3-ابر گروهی(Community cloud). 17 2-2-1-3-4-ابر آمیخته(Hybrid cloud) 17 2-2-1-4-معرفی نمودارها و معماری های ابر 18 2-2-1-4-1-Single "All-in-one" Server 18 2-2-1-4-2-Non-Redundant 3-Tier Architecture 18 2-2-1-4-3-معماری Multi-Datacenter 19 2-2-1-4-4-معماری Autoscaling 20 2-2-1-4-5-معماری مقیاس پذیر با Membase 20 2-2-1-4-6-معماری چند لایه مقیاس پذیر با Memcached 21 2-2-1-4-7-معماری مقیاس پذیر مبتنی بر صف Scalable Queue-based Setups 21 2-2-1-4-8-معماری Hybrid داخلی 22 2-2-1-4-9-معماری مقیاس پذیر مبتنی بر هشدار و مبتنی بر صف 22 2-2-1-4-9-معماری ابر ترکیبی سایت Hybrid Cloud Site Architectures 22 2-2-1-4-10-معماری مقیاس پذیر چند ابری 22 2-2-1-4-11-معماری چند ابریFailover 23 2-2-1-4-12-معماری بازیابی فاجعه چند ابری 23 2-2-1-4-12-معماری ابر و میزبانی اختصاصی 23 2-2-2-سابقه پژوهش بررسی سیستم های تشخیص و پیشگیری از نفوذ در محاسبات ابری 24 2-2-2-1- نتیجه گیری از سابقه پژوهش سیستم های تشخیص و پیشگیری نفوذ 25 2-2-2-1- 1- طبقه بندی سیستم های تشخیص و پیشگیری نفوذ 25 2-2-2-1-2- چالش های توسعه سیستم های تشخیص و جلوگیری از نفوذ 30 2-2-2-1-3- سیستم های تشخیص پیشگیری نفوذ در محاسبات ابری 30 2-2-2-1-4- مسائل امنیتی در محاسبات ابری 31 2-2-2-1-5- چالش های استقرار سیستم های تشخیص و جلوگیری از نفوذها در محیط های پردازش ابری 31 2-2-2-1-6- سیستم های تشخیص و جلوگیری از نفوذ مبتنی بر محاسبات ابری 32 2-2-2-1-7- الزامات سیستم های تشخیص و جلوگیری از نفوذ 34 2-2-3-سابقه پژوهش ایجاد امنیت در ابر رایانشی 35 2-2-3-1-مفهوم حریم خصوصی در محاسبات ابری 35 2-2-3-2-انواع اطلاعات نیازمند به حفاظت 36 2-2-3-3-چرخه زندگی داده 36 2-2-3-3-1-تولید(Generation) 37 2-2-3-3-2- استفاده (Use) 37 2-2-3-3-3-انتقال (Transfer) 37 2-2-3-3-4-تبدیل (Transformation) 37 2-2-3-3-5-ذخیره سازی(Storage) 37 2-2-3-3-6-بایگانی(Archive) 38 2-2-3-3-7-تخریب (Destruction) 38 2-2-3-4-مسائل حریم خصوصی و چالش های آن 38 2-2-3-4-1-دسترسی(Access) 38 2-2-3-4-2-مقبولیت(Compliance) 38 2-2-3-4-3-ذخیره سازی(Storage) 38 2-2-3-4-4-حفظ و نگهداری(Retention) 39 2-2-3-4-5-تخریب(Destruction) 39 2-2-3-5-نظارت و مانیتورینگ(Audit & Monitoring) 39 2-2-3-6-نقض حریم خصوصی(محرمانگی و امنیت Breaches) 39 2-2-3-7-تکنیک های متداول جهت حفظ حریم خصوصی 39 2-2-3-7-1- Encryption Model 39 2-2-3-7-2-Access Control Mechanism 40 2-2-3-سابقه پژوهش کلی در بررسی راهکارهای امنیتی در رایانش ابری 40 2-2-3-1-علل شکست امنیت رایانش ابری 42 2-2-4-سابقه پژوهش امضای دیجیتالی 42 2-2-4-1-امضای دیجیتال و امنیت دیجیتالی چیست 42 2-2-4-2-گواهینامه دیجیتالی چیست 43 2-2-4-3-ثبت نام برای یک گواهینامه دیجیتالی 43 2-2-4-4-پخش کردن گواهینامه دیجیتالی 43 2-2-4-5-انواع مختلف گواهینامه دیجیتالی 44 2-2-4-6-امضای دیجیتالی از دید برنامه نویسی 44 2-2-4-7-چگونه یک امضای دیجیتالی درست کنیم 45 2-2-4-8-نحوه عملکرد یک امضای دیجیتال 46 2-2-4-9-نحوه ایجاد و استفاده از کلیدها 47 2-2-4-10-حملات ممكن علیه امضاءهای دیجیتالی 47 2-2-4-11-مرکز صدور گواهینامه چیست 47 2-2-4-12-رمزنگاری چیست 48 2-2-4-13-تشخیص هویت از طریق امضای دیجیتالی 49 2-2-4-14-امضای دیجتالی زیربنای امنیت تبادلات الکترونیکی 49 2-2-4-15-منظور از امضای دیجیتالی چیست 50 2-2-4-16-استفاد از امضای دیجیتال تا چه حد امنیت تبادل اسناد مالی و محرمانه را تضمین می‌کند 50 2-2-4-17-SSL چیست 52 2-2-4-17-1- InstantSSL چیست 53 2-2-4-17-2- تکنولوژی پیشرفته تائید کردن (Authentication) 53 2-2-4-17-3- دسترسی آنلاین به پروفایل تان در ابر 53 2-2-4-18-مفاهیم رمز گذاری 54 2-2-4-18-1-معرفی و اصطلاحات 54 2-2-4-18-2- الگوریتم‌ها 55 2-2-4-18-3-رمزنگاری کلید عمومی 55 2-2-4-18-4-مقدار Hash 56 2-2-4-18-5- آیا شما معتبر هستید 57 2-2-4-18-6-سیستم های کلید متقارن 59 2-2-4-18-7-سیستم های کلید نامتقارن 60 2-2-4-19-ساختار و روند آغازین پایه گذاری یک ارتباط امن 63 2-2-4-20-پروتکل های مشابه 64 2-2-4-21-مفهوم گواهینامه در پروتکل SSL 64 2-2-4-22-مراکز صدور گواهینامه 65 2-2-4-23-مراحل کلی برقراری و ایجاد ارتباط امن در وب 65 2-2-4-24-نکاتی در مورد گواهینامه ها 66 2-2-4-25-تشخیص هویت 67 2-2-4-26- سرویس‌های امنیتی WEP – Authentication 67 2-2-4-27- Authentication بدون رمزنگاری 68 2-2-4-28- Authentication با رمزنگاری RC4 69 2-2-4-29- محرمانگی و امنیت 70 2-2-4-30- Integrity 71 2-2-4-31-ضعف‌های اولیه‌ی امنیتی WEP 72 2-2-4-32-خطرها، حملات و ملزومات امنیتی 74 2-2-4-33-مشکلات و معایب SSL 76 2-2-4-33-1-مشکل امنیتی در SSL 76 2-2-4-33-2-مشکلات تجارت الکترونیکی در ایران 77 فصل سوم: روش تحقیق 3-1-ابزار مورد استفاده در شبیه سازی 79 3-2-نصب NS-2 در لینوکس Fedora 79 فصل چهارم: نتیجه گیری نتیجه گیری 83 4-1- راه حل های پیشنهادی ممکن جهت حملات راهکارهای امنیتی رایانش ابری 84 4-2- معیارهای مقایسه مورد استفاده در شبیه سازی و ارتباط هریک از آنها به امنیت ابری به تفکیک 86 4-2-1- معیار Delay Time 86 4-2-2- معیار Throughput Security 86 4-2-3- معیار Response Time 87 4-2-4- معیار Traffic Ratio 87 4-3- نتایج به دست آمده از شبیه سازی راهکارهای امنیتی با نرم افزار NS2 87 4-3-1- Delay Time (Sec) 87 4-3-1-1- نتیجه گیری از شبیه سازی معیار Delay Time 88 4-3-2- Throughput Security (Kb) 89 4-3-2-1- نتیجه گیری از شبیه سازی معیار Throughput Security 90 4-3-3- Response Time (Sec) 90 4-3-3-1- نتیجه گیری از شبیه سازی معیار Time Response 91 4-3-4- Packet Traffic Ratio (%). 92 4-3-4-1- نتیجه گیری از شبیه سازی معیار Traffic Ratio 93 4-4- نتیجه گیری کلی از شبیه سازی و مقایسه راهکارهای امنیتی ابر 93 فصل پنجم: جمع بندی و پیشنهادات جمع بندی 95 5-1-حفاظت از دادهها 95 5-2-مکان فیزیکی 95 5-3-از بین رفتن داده ها 95 5-4-کنترل دسترسی 95 5-5-قوانین حفظ حریم خصوصی 96 5-6-پیشنهاداتی برای بهبود حفظ حریم خصوصی 96 5-6-1- برای کاربران ابر 96 5-6-2- برای سرویس دهنده های ابر 96 فهرست منابع 98 فهرست اشکال شکل1- 1-بسته SOAP 8 شکل1- 2-پیام SOAP قبل از حمله 9 شکل1- 3-پیام SOAP بعد از حمله 10 شکل2- 1-Single Cloud Site Architectures 18 شکل2- 2-Redundant 3-Tier Architecture 19 شکل2- 3-معماری Multi-Datacenter 19 شکل2- 4-معماری Autoscaling 20 شکل2- 5-معماری مقیاس پذیر با Membase 20 شکل2- 6-معماری چند لایه مقیاس پذیر با Memcached 21 شکل2- 7-معماری مقیاس پذیر مبتنی بر صف Scalable Queue-based Setups 21 شکل2- 8-معماری مقیاس پذیر مبتنی بر هشدار Scalable Alarm-based Setups 22 شکل2- 9-طبقه بندی سیستم های تشخیص و پیشگیری از نفوذ 27 شکل2- 10-چهارچوب عملکردی IDPS 29 شکل2- 11-دید مفهومی از CIDS 30 شکل2- 12-چرخه زندگی داده 37 شکل2- 13- نتایج بررسی IDC از چالش های رایانش ابری در سال (2002) 41 شکل2- 14-رمزنگاری خصوصی و عمومی 48 شکل2- 15-اهداف CA 49 شکل2- 16SSL- 53 شکل2- 17-سیستم های کلید نامتقارن 62 شکل2- 18-ساختار نهایی سیستم های کلید نامتقارن 63 شکل2- 19-مراکز صدور گواهینامه 65 شکل2- 20-تشخیص هویت 68 شکل2- 21-Authentication با رمزنگاری RC4 69 شکل2-22- روش استفاده شده توسط WEP برای تضمین محرمانگی 71 شکل2- 23-ضعف‌های اولیه‌ی امنیتی WEP 74 شکل2- 24-خطرها، حملات و ملزومات امنیتی 74 شکل3- 1-تصویر خط اعلان Terminal 81 شکل4-1- اجرای برنامه ها توسط Hypervisor 85 شکل4-2-پیام بین سرورها 86 شکل4-3- نمودار مقایسه چهار راهکار امنیتی Delay Time 88 شکل4-4- نمودار مقایسه چهار راهکار امنیتی Throughput Security 89 شکل 4-5-نمودار مقایسه چهار راهکار امنیتی Response Time 91 شکل4-6-نمودار مقایسه چهار راهکار امنیتی Packet Traffic Ratio 92 فهرست جداول جدول2- 1-چهار عملکرد ضروری امنیتی سیستم های نفوذ 26 جدول4-1-مقایسه Delay Time چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 87 جدول 4-2- نتیجه معیار مقایسه Delay Time چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 88 جدول4-3-مقایسه Throughput Security چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 89 جدول 4-4- نتیجه معیار مقایسه Security Throughput چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 90 جدول4- 5-مقایسه Response Time چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 90 جدول 4-6- نتیجه معیار مقایسه Time Response چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 91 جدول4- 7- مقایسه Packet Traffic Ratio چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 92 جدول 4-8- نتیجه معیار مقایسه Traffic Ratio چهار راهکار امنیتی با زمان های 42 تا 300 93 جدول 4-9- نتیجه کلی مقایسه معیارها 93