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ＤＨＴにおけるセキュリティ対策

ＤＨＴにおけるセキュリティ対策. Tomo’s Hotline 西谷　智広. １．自己紹介. Tomo’s Homepage （ P2P 関連） ,Tomo’s Hotline の執筆 -Skype Conference 、Ｐ２Ｐ・ＤＨＴ勉強会立ち上げ -UNIX Magazine に 10 が都合ＤＨＴ記事が掲載 -VoIP Conference を立ち上げ予定（２００７年前半）. 2.DHT のセキュリティとは？. セキュリティ三大要素： ＣＩＡ 機密性（ Confidentiality) 認証 データのアクセス権設定 信頼されたノードとの暗号化通信

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ＤＨＴにおけるセキュリティ対策

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Presentation Transcript

  1. ＤＨＴにおけるセキュリティ対策 Tomo’s Hotline 西谷　智広 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  2. １．自己紹介 Tomo’s Homepage（P2P関連）,Tomo’s Hotlineの執筆 -Skype Conference、Ｐ２Ｐ・ＤＨＴ勉強会立ち上げ -UNIX Magazineに10が都合ＤＨＴ記事が掲載 -VoIP Conferenceを立ち上げ予定（２００７年前半） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  3. 2.DHTのセキュリティとは？ • セキュリティ三大要素：ＣＩＡ • 機密性（Confidentiality) • 認証 • データのアクセス権設定 • 信頼されたノードとの暗号化通信 • 完全性(Integrity) • データの改ざん • データの紛失 • 可用性(Availability) • ノードＩＤの偽装 • 悪意のノード注入によるアクセス妨害 • ルーティングテーブルの改ざん • ＤＨＴセキュリティ研究は今後、注目される（されるべき）分野！！ 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  4. ３．ルーティングの正当性検証 • ノードＩＤの検証 • ノードが管理する情報範囲（ハッシュ値の検証） • ルーティングテーブルの正当性検証 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  5. ３-1．ノードＩＤの偽装対策 • ノードＩＤを該当ノード情報から検証できるシステムが必要 • 方法としては、 • ノードのＩＰアドレス＋ポート番号のハッシュ値をノードＩＤとする • ノードに払い出された電子証明書内容のハッシュ値をノードＩＤとする（西谷案） 　２種類が考えられる。 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  6. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1] • [案１]ノードのＩＰアドレス＋ポート番号ハッシュ値をノードＩＤ • メリット • 検証が楽（ＩＰアドレス、ポート番号は直接通信する時に必要） • 開発費用小 • デメリット • ノードＩＤ衝突の可能性（プライベートアドレス同士） • ノードがグローバルアドレスを取得する機構等が必要（ＵＰｎＰ等） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  7. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1] • ＮＡＴ越え 案Ａ　ＵＰｎＰ利用 案Ｂ　ＳＴＵＮサーバ利用 ＳＴＵＮサーバ インターネット インターネット ルータ ルータ ＵＰｎＰ機構 （ＩＤＧ） ノード ノード 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  8. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案1] • ＳＴＵＮサーバを利用してもＮＡＴ越えできない場合あり。（Ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ　ＮＡＴの場合等） • 上記の場合はＢ２ＢＵＡ的な通信が必要。[案C]このときには案１の利用は困難。 案C　他ノードを介する ノード インターネット ルータ ルータ ノード ノード 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  9. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案2] • [案2]電子証明書内容のハッシュ値をノードＩＤ（西谷案） • メリット • ノードのネットワーク形態によらずノードＩＤの改ざんを検証できる。 • 電子証明書を使うことにより、ノード間の認証、暗号化が（原則サーバレスで）容易に可能。 • デメリット • ノードに電子証明書の配布する必要あり。証明書更改も順次行う必要あり。 • 上記に伴いＣＡ等が必要。 （ＰＧＰ的なアプローチもあるが、ここでは触れない） • 開発費用が高い。 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  10. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案2] • 証明書の内容例 • 氏名 • 証明書発行シリアル番号 • 発行日 • 有効期間 • 発行機関 • オプションを利用すれば、上記以外のデータも証明書に格納化。 • 証明書内容のハッシュ値をノードＩＤとする。 • 証明書有効を検証するためのハッシュ値（デジタル署名用ハッシュ値）をそのままノードＩＤとして利用するアイデアもある。 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  11. ３-1．ノードＩＤの偽装対策[案２] • 案２に対する注意点 • 電子証明書のリポジトリ • 案Ｐ：特定サーバを利用 • 通信集中、運用費高 • 案Ｑ：ＤＨＴノードに分散（通信分散、運用費ほぼ０） • 通信分散、運用費用低 • 証明書の紛失対策が必要→後述 • Node_ID=hash(X+Y)に格納。Ｘは証明書のデータ、Ｙはある数値。 • Ｙ＝０にすると証明書対象ノードが証明書保有ノードになり、Ｙ≠０の方がセキュアと考えられる。（詳細検討が必要） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  12. 3-2.情報管理範囲の正当性 • Ｃｈｏｒｄを例にとる １ ５ １≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４ ５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦８ ９ ９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０ 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  13. 3-2.情報管理範囲の正当性 １ ５ １≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４ ５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１２ ９ ９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０ 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  14. 3-2.情報管理範囲の正当性 • 次々隣接ノード利用による検証 １ ５ １≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦４ ５≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１２ 矛盾！ ９ 情報管理範囲を ヒアリング ９≦Ｈａｓｈ（Ｘ）≦１０ 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  15. 3-2.情報管理範囲の正当性 • Lookup要求元ノードに自ノードの管理範囲を返答するのもアイデア 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  16. 3-3.ルーティングテーブルの正当性 • 検証可能な場合 Ｐａｓｔｒｙ→プレフィックス • 存在する全ノード数推定から検証可能？ →ノードが大局的には均一に存在することを 仮定 • ノードへの到達方法を複数持たせる Ex.Chordでハッシュ値が小さい方向へのルーティングもアリとする。 →悪意のノードによるノード到達性妨害を阻止 →可用性の向上 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  17. 3-3.ルーティングテーブルの正当性 • 全ノード数推定方法（例） • 隣接ノード方向へホップし、極小的なノード密度を観測する • リンクしているノードＩＤと本来すべてノードが存在している場合、リンクすべきノードＩＤとの差 • ランダムなノードを選び、到達する際のホップ数から推測 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  18. ４．データの紛失対策 • 基本的にはレプリケーション • 情報Ｘに対して • Node_ID=Hash(X) • Node_ID=Hash(X+Y) • Node_ID=Hash(X+2Y) …. に格納する。（Ｙはある数値） • レプリケーションノードを多くするほど、紛失は起こりにくくなる。しかしながらＤＨＴシステムに蓄積されるデータ量やデータ参照通信量は多くなる。 • 結論：紛失対策とＤＨＴノード負荷はトレードオフ 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  19. ５．データの改ざん対策 • 電子証明書をノード配布すれば解決可能。 • ノードＹが情報ＸをNode_ID=Hash(X)に格納する際に • 情報Ｘ • Hash(X) • S_Key(Hash(X)、ノードＹの秘密鍵） • ノードＹの秘密鍵でＨａｓｈ（Ｘ）を暗号化 • Hash(ノードＹの証明書情報） • ノードＹの証明書を保有するノードＩＤを参照するための情報 を格納する。 • ノードＹの証明書を取得できれば、 • 情報ＸがノードＹによって格納したこと • 情報Ｘが改ざんされてないこと の２点が検証可能。 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  20. ６．ノード間の認証 • ノードに電子証明書を配布すれば解決可能。 • 基本的にはＰＫＩと同様な方法 • 電子証明書＋チャレンジレスポンスで認証 • ノードＸをノードＹが認証する場合 • 手順１：ノードＹはノードＸの電子証明書をリポジトリから取得（リポジトリはＤＨＴノード、サーバどちらでも可能） • 電子証明書自体の検証も必要（発行者検証、ＣＲＬ等） • 手順２：ノードＹはノードＸへチャレンジレスポンス処理を要求 • 手順３：チャレンジレスポンスが成功すれば認証成功 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  21. ７．ノードに蓄積するデータの暗号化 • ノードＹが情報ＸをノードＺ=Hash(X)に蓄積したい • ノードＹ以外に情報Ｘは見られたくない • ノードＹは以下の情報をノードＺに格納すればよい。 • S_Key(情報Ｘ、ノードＹの秘密鍵） • S_Key(Ｈａｓｈ（Ｘ）,ノードＹの秘密鍵） • Hash(ノードＹの証明書情報）（オプション） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  22. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • 多数の悪意のノードによって、ルーティングをしない攻撃を同時に行う場合を考える • ただし選択的攻撃はしないとする • [問題]どの程度の悪意のノードがあればＤＨＴシステム全体としての機能がダウンするだろうか？ • 物性物理学で用いられるパーコレーション（浸透）理論を応用してみる 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  23. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • パーコレーション理論 • サイトパーコレーション • ボンドパーコレーション • ゲル物体を研究するために使われ始めた 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  24. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • サイトパーコレーション 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  25. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 × 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  26. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 連続する確率 （Θ） １ Θ（Ｐ） １ ０ Ｐｃ 正規のノード率（Ｐ） ・ΘはＰ≦Ｐｃで０ ・ΘはＰ＞Ｐｃで単調増加連続関数 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  27. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • 次元が上がるほどPcは低くなる • ２次元正方格子の場合、Ｐｃ＝０．５ • ＤＨＴの場合、リンク数はＬｏｇ（Ｎ）程度のため、「次元が高い」と類推すると、悪意のノードが相当多くてもシステムとしては動作する確率が高いと考えられる • ＤＨＴ⇔パーコレーションの解析的な理論はまだ研究されてない？（のはず） • ただし複雑ネットワーク関連で解析的な研究はすでに活発にされている。 • Ｗｉｎｎｙシステムがなかなか停止できない理由が説明できる（かも？） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  28. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • ボンドパーコレーション 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  29. 8.多数の悪意ノード注入による攻撃 • Ｓｔａｔｉｃな解析は今後急速に進むだろう？ →悪意のノード数とホップ数の関係 →悪意のノードに対抗できるＤＨＴの開発 • Ｄｙｎａｍｉｃｓはまだ手をつけてない（はず） →ワーム感染 →ＮＷの成長 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  30. 参考文献 • Emi Sit et.al. Security Considerations for Peer-to-Peer Distributed Hash Tables In IPTPS 2002 • 増田　直紀　他「複雑ネットワークの科学」 （産業図書） 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

  31. 終わりに • 日本発のＤＨＴセキュリティ研究を一緒に促進しましょう！ • 複雑ネットワーク関連の研究がヒントになるかも？ • 数学：群論、グラフ理論、複雑ＮＷ、トポロジー 　物理：パーコレーション、平均場理論、繰り込み理論、格子ゲージ理論・・・ 　関連する分野は多いはず。 第２回ＤＨＴ勉強会資料　西谷　智広

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