ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ. ΜΔΣΑΠΣΤΥΙΑΚΟ ΓΙΠΛΩΜΑ ΔΙΓΙΚΔΤΗ (MSc) ζηα ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΔΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΕΡΓΑΙΑ

Transcript

1 ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΜΔΣΑΠΣΤΥΙΑΚΟ ΓΙΠΛΩΜΑ ΔΙΓΙΚΔΤΗ (MSc) ζηα ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΔΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΕΡΓΑΙΑ «Πξόιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα» Υξεζηίδεο Γεκήηξηνο Μ ΑΘΗΝΑ, ΜΑΡΣΙΟ 2009

2 ΜΕΣΑΠΣΤΥΙΑΚΟ ΔΙΠΛΩΜΑ ΕΙΔΙΚΕΤΗ (MSc) στα ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΑΚΑ ΤΣΗΜΑΣΑ ΔΙΠΛΩΜΑΣΙKH ΕΡΓΑΙΑ «Πξόιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα» Υξεζηίδεο Γεκήηξηνο Μ Δπηβιέπσλ Καζεγεηήο: Ισάλλεο Μαξηάο Eμσηεξηθόο Κξηηήο: Γεώξγηνο Πνιύδνο ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΟ ΠΑΝΔΠΙΣΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΣΜΗΜΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗ ΑΘΗΝΑ, ΑΠΡΙΛΙΟ 2009 Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 2

3 Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 3

4 Δπραξηζηίεο Αξρηθά ζα ήζεια λα επραξηζηήζσ ηνλ Καζεγεηή θ. Γεψξγην Πνιχδν πνπ κνπ έδσζε ηελ επθαηξία λα ζπκβάιισ ζηελ εθπφλεζε ησλ εξεπλψλ πνπ αθνξνχλ ζην Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm θαη πνπ έδεημε ηδηαίηεξν ελδηαθέξνλ ζηε δνπιεηά κνπ θαη ηηο πξνηάζεηο κνπ. Θέισ αθφκα λα επραξηζηήζσ βαζχηαηα ηνλ ππεχζπλν γηα ηελ δηπισκαηηθή κνπ εξγαζία, Λέθηνξα θ. Ισάλλε Μαξηά, γηα ηελ επθαηξία πνπ κνπ έδσζε λα αζρνιεζψ κε έλα δηαξθψο αλαπηπζζφκελν ηνκέα ηεο επηζηήκεο ηεο Πιεξνθνξηθήο, γηα ηε δηαξθή ηνπ κέξηκλα θαηά ηε δηάξθεηα ηεο εθπφλεζεο ηεο εξγαζίαο απηήο θαη γηα ηε θαζνδήγεζε πνπ κνπ πξνζέθεξε θαζ φιε ηε δηάξθεηα ησλ εξεπλψλ κνπ. Έλα κεγάιν επραξηζηψ αμίδεη ζηα κέιε ηνπ Mobile Multimedia Laboratory ηνπ Οηθνλνκηθνχ Παλεπηζηεκίνπ Αζελψλ θαζψο θαη ζηελ εξεπλεηηθή νκάδα ηνπ Οηθνλνκηθνχ Παλεπηζηεκίνπ Αζελψλ πνπ αζρνιείηαη κε ην PSIRP. Η επνηθνδνκεηηθή θξηηηθή ηνπο ήηαλ δηαξθήο πεγή ηδεψλ θαη βειηηψζεσλ γηα ηελ κειέηε κνπ. Σέινο λα επραξηζηήζσ θαη ηα ππφινηπα κέιε ηεο εξεπλεηηθήο νκάδαο ηνπ PSIRP γηα ηελ παξνρή φζσλ εγγξάθσλ ρξεηαδφκνπλ, ηε δηαξθή βειηίσζή ηνπο θαη ηε βνήζεηα πνπ κνπ πξνζέθεξαλ γηα ηελ δηεπθξίληζε νξηζκέλσλ ιεπηνκεξεηψλ. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 4

5 Πεξηερόκελα Δπραξηζηίεο... 4 Πεξηερφκελα... 5 Πίλαθαο Δηθφλσλ... 8 Πεξίιεςε... 9 Abstract Γίθηπα Publish/Subscribe Δηζαγσγή Λεηηνπξγηθφηεηα Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm (PSIRP) χζηεκα Rendezvous Scopes Identifiers (IDs) Denial of Service Attacks (DoS) Δηζαγσγή Smurf Attack SYN Flooding Attack DNS Cache Poisoning Distributed Denial of Service Attacks (DDoS) DoS επηζέζεηο ζε Publish/Subscribe δίθηπα DoS Attack Prevention Δηζαγσγή Πξφιεςε Spam Αζθαιήο Γηαλνκή Δλεκεξψζεσλ Αζθαιήο πζζσκάησζε Γεδνκέλσλ Αξρηηεθηνληθή Πεξηνξηζκνχ DoS Δπηζέζεσλ Κξππηνγξαθηθή Ννζεία Puzzle Υξεζηψλ (Client Puzzles) Δηζαγσγή Αξρέο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 5

6 4.3 Βαζηθή Λεηηνπξγία Δπηπιένλ Λεηηνπξγίεο Δθαξκνγέο ησλ Puzzles ζην PSIRP Γηαζχλδεζε Γηθηχνπ Puzzles ζηε πλεδξία Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ Puzzles ζηηο βαζηθέο ππεξεζίεο ηνπ PSIRP Πάξνρνο Puzzle Γηαδηθαζία Παξνρήο θαη Δπίιπζεο Γπζθνιία Puzzle Puzzles θαη Algorithmic Identifiers Υξήζε Cookies Απνζήθεπζε Απαξαίηεησλ Γεδνκέλσλ χλνςε Καηάηαμε (Ranking) Γηαρεηξηζηήο Καηάηαμεο (Ranking Manager) Καηαηάμεηο θαη Γπζθνιία Puzzle Κξηηήξηα Καηάηαμεο Υξφλνο Δπίιπζεο Puzzle Puzzles πνπ ιχζεθαλ Puzzles πνπ δελ ιχζεθαλ πρλφηεηα πκκεηνρήο Ιζηνξηθφ Δπηζέζεσλ Δπηζθφπεζε Απνθιεηζκέλνη Υξήζηεο Άγλσζηνη Υξήζηεο θαη Παξάγνληαο Γήξαλζεο Mobility πκπεξάζκαηα Μνληέιν Λεηηνπξγηθφηεηαο Λεηηνπξγηθφηεηα Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ Αθνινπζία Μελπκάησλ πλεδξίαο Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ Λεηηνπξγηθφηεηα Publishing θαη Subscribing Απνδνηηθφηεηα Γπζθνιία θαη Γπλαηφηεηα Δχξεζεο Λχζεο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 6

7 7.2.2 Απνδνηηθφηεηα Μνληέινπ Μειινληηθέο Μειέηεο θαη Αλνηρηά Θέκαηα Αλάπηπμε Λεηηνπξγίαο ζε Publish/Subscribe Μνληέιν πλάξηεζε Καηάηαμεο Δμάξηεζε Γπζθνιίαο Απφ ην Μέγεζνο ησλ Γεδνκέλσλ Δπηπιένλ ρήκαηα Αζθάιεηαο Green-IT Trend θαη Grid Αλαθνξέο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 7

8 Πίλαθαο Δηθόλσλ Δηθφλα 1: πγρξνληζκφο Υξεζηψλ Δηθφλα 2: πληνληζκφο Υξεζηψλ Δηθφλα 3: Λεηηνπξγία Publish/Subscribe Γηθηχνπ Δηθφλα 4: Scopes Δηθφλα 5: Λνγηθή Αξρηηεθηνληθή πζηήκαηνο Rendezvous Δηθφλα 6: πζρεηίζεηο Αλαγλσξηζηηθψλ Δηθφλα 7: πζρεηίζεηο Αιγνξηζκηθψλ Αλαγλσξηζηηθψλ Δηθφλα 8: Λεηηνπξγία DDoS Δπηζέζεσλ Δηθφλα 9: Παξάδεηγκα Γέλδξνπ Δπίζεζεο Δηθφλα 10: Κξηηήξηα Σαμηλφκεζεο DoS Δπηζέζεσλ Δηθφλα 11: Δπηζθφπεζε Υξήζεο Puzzle Δηθφλα 12: Υξήζε Βαζηθνχ Puzzle Δηθφλα 13: Puzzle κε Απζεληηθνπνίεζε Δμππεξεηεηή Δηθφλα 14: πλεδξία Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ ζην PSIRP Δηθφλα 15: Δπηζθφπεζε Υξήζεο Puzzle ζηε πλεδξία Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ Δηθφλα 16: Υξήζε Puzzle ζηελ Αίηεζε Γεκηνπξγίαο Publication Δηθφλα 17: Αληηζηνίρηζε Καηάηαμεο Υξήζηε θαη Γπζθνιίαο Puzzle Δηθφλα 18: Λεηηνπξγία Πηζηνπνηεηηθνχ γηα Mobile Υξήζηεο Δηθφλα 19: πλνιηθή Δηθφλα Μνληέινπ ζηε πλεδξία Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ Δηθφλα 20: Υξφλνο Δπίιπζεο ζε πλάξηεζε κε ην Δπίπεδν Γπζθνιίαο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 8

9 Πεξίιεςε Η έκκεζεο κνξθέο επηθνηλσλίαο, θαη εηδηθφηεξα ε αξρηηεθηνληθή ησλ Publish/Subscribe ζπζηεκάησλ, θεξδίδεη, κε ηελ πάξνδν ηνπ ρξφλνπ, ηε κάρε κε ηελ ππάξρνπζα ζπκβαηηθή αξρηηεθηνληθή ηνπ ζεκεξηλνχ Γηαδηθηχνπ. Βαζηθά πιενλέθηεκα ηεο αξρηηεθηνληθήο Publish/Subscribe είλαη ε ελεκέξσζε ησλ ρξεζηψλ γχξσ απφ πεξηερφκελα πνπ ζεσξνχκε φηη κπνξεί λα ηνπο ελδηαθέξνπλ, ε δπλαηφηεηα αζχγρξνλεο επηθνηλσλίαο, ε δηεπθφιπλζε πνπ πξνζθέξεη ζε ζέκαηα θιηκάθσζεο θαη ε πιεξνθνξηνθεληξηθή δνκή ηεο. Έρνπλ γίλεη πνιιέο πξνηάζεηο γηα ηε κεηάβαζε ηεο ζεκεξηλήο αξρηηεθηνληθήο ηνπ Γηαδηθηχνπ ζε απηή ελφο Publish/Subscribe ζπζηήκαηνο. Μηα αμηφινγε πξνζπάζεηα παξνπζηάδεηαη απφ ην Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm πνπ πξνζπαζεί λα αληηθαηαζηήζεη πιήξσο ηελ ππάξρνπζα δνκή ηνπ Γηαδηθηχνπ. Χζηφζν, φπσο κε θάζε θαηλνχξην ζχζηεκα θαη κε θάζε θαηλνχξηα αξρηηεθηνληθή, έηζη θαη κε κεηαηξνπή ηνπ ζεκεξηλνχ πεξηβάιινληνο ηνπ Γηαδηθηχνπ δεκηνπξγείηαη έλα λέν ζχλνιν πξνθιήζεσλ πνπ ζρεηίδνληαη κε γλσζηνχο θαη λένπο ηνκείο ηεο αζθάιεηαο δηθηχσλ θαη ππνινγηζηψλ. Οη ζνβαξφηεξεο επηζέζεηο πνπ αληηκεησπίδεη ην ζεκεξηλφ Γηαδίθηπν, θαη πνπ πξνβιέπεηαη λα αλαπηπρζνχλ αθφκα πεξηζζφηεξν ζην κέιινλ, αθνξνχλ ζηνλ απνθιεηζκφ ησλ ρξεζηψλ απφ θάπνηεο ππεξεζίεο ζηηο νπνίεο, ππφ άιιεο ζπλζήθεο, ζα έπξεπε λα είραλ πξφζβαζε. Απηέο νη επηζέζεηο θέξνπλ ην φλνκα ησλ Denial of Service Attacks θαη εμειίζζνληαη κε ηαρχηαηνπο ξπζκνχο εθκεηαιιεπφκελεο θάζε θελφ αζθάιεηαο πνπ παξνπζηάδεηαη ζε λέα ζπζηήκαηα. ηελ εθηέιεζε κηαο Denial of Service επίζεζεο ζεσξνχκε φηη ζπκκεηέρεη έλαο κφλν θαθφβνπινο θφκβνο ηνπ δηθηχνπ. Η εμέιημε ησλ DoS επηζέζεσλ δεκηνχξγεζε κηα λέα θιάζε επηζέζεσλ κε βαζηθφ ραξαθηεξηζηηθφ ηελ εθκεηάιιεπζε πνιιψλ ζπζηεκάησλ, θαη ζπλεπψο κεγάιεο ππνινγηζηηθήο ηζρχνο θαη πνιιαπιψλ πεγψλ επίζεζεο, κε ζηφρν ηελ δεκηνπξγία πξνβιεκάησλ ζε κεγαιχηεξε θιίκαθα θαη κε κεγαιχηεξν πνζνζηφ επηηπρίαο. Οη επηζέζεηο απηέο, ιφγσ ηεο θχζεο ηνπο θαη ησλ κεζφδσλ πνπ ρξεζηκνπνηνχλ γηα λα Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 9

10 απνθηήζνπλ ηνπο πφξνπο πνπ ρξεηάδνληαη, νλνκάδνληαη Distributed Denial of Service Attacks, ή πην ζχληνκα DDoS επηζέζεηο. ε απηή ηελ εξγαζία πξνηείλνπκε έλα κνληέιν πξφιεςεο ελφο κεγάινπ θάζκαηνο γλσζηψλ, αιιά θαη πηζαλψλ λέσλ, DoS θαη DDoS επηζέζεσλ ηηο νπνίεο ε πξνεγνχκελε δνκή ηνπ Γηαδηθηχνπ δελ κπνξνχζε λα αληηκεησπίζεη. Η κέζνδνο πξφιεςεο πνπ ρξεζηκνπνηνχκε ζηνρεχεη ζηελ απνζάξξπλζε ησλ θαθφβνπισλ ρξεζηψλ λα εμαπνιχζνπλ ηηο επηζέζεηο ηνπο, ζηελ επθνιφηεξε αλίρλεπζή ηνπο ζηα πιαίζηα ηνπ δηθηχνπ ζην νπνίν εθαξκφδεηαη, αιιά θαη ζηε δηαηήξεζε ηεο απνδνηηθφηεηαο επηθνηλσλίαο πνπ πξνζθέξνπλ ηα Publish/Subscribe δίθηπα απφ ηε θχζε ηνπο. Σν κνληέιν βαζίδεηαη ζηε ρξήζε θξππηνγξαθηθψλ Client Puzzles ζέηνληαο επηπιένλ ππνινγηζηηθφ θφζηνο ζηηο ελέξγεηεο ησλ επίδνμσλ επηηηζέκελσλ, ελψ παξάιιεια θξνληίδεη λα κελ επηβαξχλεη ηηο δσηηθέο νληφηεηεο ηνπ δηθηχνπ κε θαηαλάισζε επηπιένλ πφξσλ, ππνινγηζηηθψλ θαη απνζεθεπηηθψλ, θαη λα κελ θνξηψλεη ην δίθηπν κε πεξηζζφηεξε θίλεζε. Δπηπιένλ αλαπηχζζνπκε έλα κνληέιν θαηάηαμεο ζεζπίδνληαο ηα βαζηθά θξηηήξηα, αλαζέηνληαο ηηο ιεηηνπξγίεο ζε κηα λενεηζαρζείζα Οληφηεηα Διέγρνπ θαη θιείλνπκε πξνηείλνληαο έλα κνληέιν επηθνηλσλίαο κεηαμχ ησλ βαζηθψλ ζπζηαηηθψλ ηνπ πξφηππνπ δηθηχνπ πνπ πξνθχπηεη. ην πξψην θεθάιαην ηεο εξγαζίαο θάλνπκε κηα αλάιπζε ηεο αξρηηεθηνληθήο ησλ Publish/Subscribe ζπζηεκάησλ θαη δηθηχσλ γηα λα ζέζνπκε ηηο βάζεηο πνπ ρξεηάδνληαη γηα ηελ θαηαλφεζε ηνπ κνληέινπ καο. πγθεθξηκέλα αλαθεξφκαζηε ζηε ιεηηνπξγηθφηεηα ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ, ζηηο βαζηθέο δηαθνξέο ηνπο απφ ην ζπκβαηηθά δίθηπα θαη ζηα πιενλεθηήκαηά ηνπο ζε ζρέζε κε ηε δνκή ηνπ γλσζηνχ Γηαδηθηχνπ. Η ηειεπηαία ελφηεηα ηνπ πξψηνπ θεθαιαίνπ αλαθέξεηαη ζην PSIRP, ηηο θαηλνηφκεο αιιαγέο πνπ πξνηείλεη ζηνλ ηξφπν αληηκεηψπηζεο ηεο επηθνηλσλίαο ζε ζρέζε κε ηηο ππάξρνπζεο Publish/Subscribe αξρηηεθηνληθέο θαζψο θαη θάπνηα απφ ηα ραξαθηεξηζηηθά ηνπ πνπ ζα καο θαλνχλ ρξήζηκα ζηελ αλάπηπμε ηνπ κνληέινπ καο. Σν δεχηεξν θεθάιαην απνηειεί κηα εηζαγσγή ζηηο DoS θαη ηηο DDoS επηζέζεηο θαη δίλεη κηα πεξηγξαθή ησλ γλσζηφηεξσλ ζρεκάησλ επίζεζεο πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη αθφκα θαη ζήκεξα. Σέινο αλαθέξεηαη θαη ζηηο πεξηπηψζεηο εθαξκνγήο DoS θαη Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 10

11 DDoS επηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe δίθηπα θαζψο θαη ζην πην αλαγλσξηζκέλν κνληέιν ηαμηλφκεζήο ηνπο. Σν ηξίην θεθάιαην παξνπζηάδεη ηηο πην αμηφινγεο πξνζπάζεηεο αληηκεηψπηζεο ησλ DoS επηζέζεσλ ζε ζπκβαηηθά θαη Publish/Subscribe δίθηπα. Πνιιέο απφ απηέο ηηο κεζνδνινγίεο ζα κπνξνχζαλ λα ζπλεξγαζηνχλ κε ην κνληέιν πνπ πξνηείλνπκε γηα λα πεηχρνπκε έλα πνιχ ηζρπξφ κνληέιν αζθάιεηαο. ην Κεθάιαην 4 παξνπζηάδνληαη ηα Client Puzzles. Δμεγνχκε ιεπηνκεξψο ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν ιεηηνπξγνχλ, ηηο αξρέο ιεηηνπξγίαο ηνπο θαζψο θαη θάπνηεο επηπιένλ δπλαηφηεηεο πνπ καο παξέρνπλ, φπσο ε απζεληηθνπνίεζε ηνπ εμππεξεηεηή πνπ ηα δεκηνπξγεί. ην Κεθάιαην 5 αλαιχνπκε ην βαζηθφηεξν θνκκάηη ηνπ κνληέινπ καο. Γείρλνπκε πψο κπνξνχλ ηα Puzzles λα ρξεζηκνπνηεζνχλ ζηε πλεδξία Γηαζχλδεζεο Γηθηχνπ ηνπ PSIRP αιιά θαη ζηηο βαζηθέο ππεξεζίεο πνπ πξνζθέξεη απηφ. Δηζάγνπκε ηελ έλλνηα ηνπ Παξφρνπ Puzzle ν νπνίνο είλαη έλαο εμππεξεηεηήο πνπ παξάγεη ηα Puzzle θαη ειέγρεη ηελ εγθπξφηεηά ηνπο, θάλνπκε ιφγν γηα ηε δπζθνιία ησλ Puzzle θαη ηέινο αλαθεξφκαζηε ζε θάπνηα επηπιένλ ζηνηρεία πνπ ρξεζηκνπνηνχκε γηα λα απμήζνπκε ηελ απνδνηηθφηεηα θαη ηελ αμηνπηζηία ηνπ κνληέινπ καο. ην Κεθάιαην 6 θάλνπκε ιφγν γηα ην κνληέιν θαηάηαμεο, αλαιχνπκε δηεμνδηθά ηα θξηηήξηα πνπ ρξεζηκνπνηνχκε, νξίδνπκε ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν επηιέγεηαη ε δπζθνιία ησλ Puzzle πνπ ιχλεη θάζε ρξήζηεο θαη εηζάγνπκε ηελ έλλνηα ηνπ Γηαρεηξηζηή Καηάηαμεο πνπ είλαη ππεχζπλνο γηα ηελ δηαηήξεζε θαη κεηάδνζε ησλ δεδνκέλσλ πνπ αθνξνχλ ζηελ θαηάηαμε ησλ ρξεζηψλ. Ο Γηαρεηξηζηήο Καηάηαμεο θαζίζηαηαη επίζεο ππεχζπλνο γηα ηελ αλάζεζε ηεο θαηάηαμεο θάζε ρξήζηε θαη πξνζθέξεη ηελ ππεξεζία παξνρήο πηζηνπνηεηηθνχ θαηάηαμεο γηα ηε δηεπθφιπλζε ησλ Mobile ρξεζηψλ. Σν Κεθάιαην 7 είλαη κηα ζχλνςε ησλ φζσλ έρνπλ ζπδεηεζεί ζηα πξνεγνχκελα θεθάιαηα. ε απηφ θαηαιήγνπκε ζηα ζπκπεξάζκαηά καο, δίλνπκε κηα ιεπηνκεξή πεξηγξαθή ηνπ κνληέινπ επηθνηλσλίαο βάζεη ησλ ιεηηνπξγηψλ πνπ έρνπκε αλαιχζεη παξαπάλσ θαη αλαθεξφκαζηε ζε ζέκαηα απνδνηηθφηεηαο. Σέινο θάλνπκε θαη επηπιένλ πξνηάζεηο πνπ ζα κπνξνχζαλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηνλ έιεγρν απφδνζεο ηνπ κνληέινπ καο, δίλνπκε θίλεηξν γηα κειινληηθέο κειέηεο θαη ζρνιηάδνπκε Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 11

12 νξηζκέλα αλνηρηά ζέκαηα ηα νπνία καο απαζρνινχλ θαη κε ηα νπνία ζθνπεχνπκε λα αζρνιεζνχκε ζε επφκελεο εξγαζίεο. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 12

13 Abstract Indirect forms of communication, and especially the architecture of Publish/Subscribe systems, are winning the battle against the conventional architecture of today s Internet. Some of the fundamental advantages of the Publish/Subscribe architecture are the notification of the users concerning topics, in which they are interested, the asynchronous communication that they provide between users, their better approach concerning scalability issues and their information-centric scheme. There have been many suggestions concerning the transformation of today s Internet architecture to that of a Publish/Subscribe system. A noble approach is presented by the Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm in its try to fully replace the current Internet scheme. However, as it happens with every new system or architectural concept, the transformation of today s Internet presents a new set of challenges concerning well known, as well as new, aspects of network and computer security. The most crucial form of attacks that the Internet has to face concern a user s inability of using a set of, normally, accessible system services. These attacks are known as Denial of Service Attacks and are evolving in a fast pace taking advantage of all security gaps that are available in new systems. To perform a Denial of Service attack we consider that only one network node is the malicious user. Evolution of DoS attacks has created a new class of attacks with main difference the exploit of several systems and thus a huge amount of computational power and attack sources, with sole purpose to cause even more trouble at a higher rate of success. These attacks, because of their nature and the techniques that they tend to use in order obtain the resources that help them to be successful, are called Distributed Denial of Service Attacks, or DDoS. In this essay we present a model for preventing a large range of existent, and probably future, DoS and DDoS attacks that the previous Internet architecture could not cope with. The prevention method that we use aims at discouraging the malicious users to launch their attacks, as well as making it easier for a Detection System to find them, Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 13

14 and retaining the efficiency and advantages that basic Publish/Subscribe systems offer to the newly created communication model. Our model is based on the use of cryptographic Client Puzzles. With the use of these Puzzles we aim to burden the malicious users with additional computational costs while the important entities of our network do not suffer neither from storing large amounts of data that most security schemes require in order to be effective nor from additional network traffic that needs to be handled. In addition we propose a ranking model by introducing a set of criteria that we consider to be accurate and we assign the responsibility of taking care of the ranking issues to a newly appointed Control Entity called Ranking Manager. Finally we present the basic communication model and message sequence between users, Brokers and the new entities that we appointed. In the first chapter of this thesis we analyze the architecture of Publish/Subscribe systems and networks to set a common infrastructure for better understanding and justifying the discussions that will follow. We present the basic Publish/Subscribe network functions, their fundamental differences between them and conventional networks and the advantages that encourage us to use them in comparison with the current Internet architecture. In the last part of the Chapter 1 we present PSIRP, the innovative changes that it adapts concerning communication in comparison with previous Publish/Subscribe schemes, as well as some of its basic features that we found to be crucial in order to fully address certain issues that have risen while we were conducting our study. The second chapter serves as an introduction to DoS and DDoS attacks. We describe the most known attack schemes that are being used even in our time. Finally we mention how DoS and DDoS attacks work in terms of Publish/Subscribe networks and we make a small reference to the most accurate and well known taxonomy model that has been created until now. In the third chapter we present the most valid and recent attempts to protect our networks against DoS attacks whether they are conventional or Publish/Subscribe. Many of the methods described in this chapter could be integrated with the model we introduce to result in a powerful security scheme. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 14

15 In Chapter 4 we present the cryptographic Client Puzzles. We fully explain the way they work, their basic functionality principles as well as some extended features that they allow us to use. The most notable of them is the ability to encapsulate a server authentication mechanism without drastically altering their core functionality. In Chapter 5 we analyze the very core of our model. We show how Client Puzzles can be used in the Network Attachment Session used by PSIRP as well as in its common and fundamental services such as Publishing. Furthermore we introduce a new Control Entity we call Puzzle Provider which takes the role of a server responsible for generating Puzzles and checking the validity of the solutions given by users. Finally we refer to certain additional options that can be used in order to increase the efficiency and reliability of our model. Chapter 6 contains all aspects of the ranking model that we propose. We analyze thoroughly the criteria that we use in order to rank a user, we determine the way in which the Puzzle Provider will pick the Puzzle s difficulty and we introduce a second Control Entity that is responsible for storing and transmitting data that concern a user s ranking. The Ranking Manager is also responsible for using the ranking function to determine a user s actual ranking and, finally, supports mobile users by creating certificates that validate a user s claims concerning the ranking he had when he last used our network s services. Chapter 7 has a summary of what we have previously presented; we form certain conclusions, we give a detailed description of the communication model based on the topics we have discussed and we discuss about efficiency issues. Finally we make some additional proposals about mechanisms that could be used for our models evaluation and enhancement, we give incentive for future studies and we comment on several open issues that came up during our study and which we plan to address in our following essays. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 15

16 1. Γίθηπα Publish/Subscribe 1.1 Δηζαγσγή Οη πεξηζζφηεξεο αξρηηεθηνληθέο θαηαλεκεκέλσλ ζπζηεκάησλ, αθφκα θαη ζήκεξα, θπξηαξρνχληαη απφ πιαηθφξκεο πειάηε/εμππεξεηεηή βαζηδφκελεο ζε ζπγρξνληζκέλεο αηηήζεηο θαη εμππεξεηήζεηο αηηήζεσλ. Η αξρηηεθηνληθή απηή δελ είλαη απνδνηηθή γηα λα πινπνηήζεη πιεξνθνξηνθεληξηθέο εθαξκνγέο, ησλ νπνίσλ ηα απνηειέζκαηα παξάγνληαη ζε πξαγκαηηθφ ρξφλν θαη δελ ππάξρεη ηξφπνο ν πειάηεο λα γλσξίδεη πφηε ζα ρξεηαζηεί λα αλαδεηήζεη κηα λέα έθδνζε ησλ δεδνκέλσλ πνπ ηνλ ελδηαθέξνπλ. Σε ιχζε ζην παξαπάλσ πξφβιεκα δίλεη ε publish/subscribe αξρηηεθηνληθή, πνπ εμππεξεηεί επηηπρψο ηε ζπκπεξηθνξά πιεξνθνξηνθεληξηθψλ εθαξκνγψλ, επεηδή ε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ ελδηαθεξφκελσλ είλαη αζχγρξνλε θαη μεθηλάεη κε πξσηνβνπιία απηνχ πνπ παξέρεη ηηο πιεξνθνξίεο. Οη «παξαγσγνί δεδνκέλσλ» είλαη γλσζηνί σο Publishers θαη αληηθαζηζηνχλ ηνλ παξαδνζηαθφ εμππεξεηεηή, ελψ ηνλ ξφιν ησλ πειαηψλ παίδνπλ νη Subscribers. Απφ ηελ δεκηνπξγία ηνπο ηα Publish/Subscribe ζπζηήκαηα έρνπλ πάξεη πνιιέο κνξθέο. Οη ζεκαληηθφηεξεο είλαη νη [1]: 1. Topic-Based Publish/Subscribe. Απηή ε πξνζέγγηζε ήηαλ θαη ε πξψηε πνπ αλαπηχρζεθε. Σα δεδνκέλα θαηεγνξηνπνηνχληαη θαη νη ελδηαθεξφκελνη κπνξνχλ λα θάλνπλ είηε Publish είηε Subscribe ζε ζπγθεθξηκέλα Topics. Σα Topics είλαη νπζηαζηηθά νκάδεο, απφ ηηο νπνίεο νη Publishers επηιέγνπλ πνηα επηζπκνχλ γηα λα ηνπνζεηεζνχλ ηα δεδνκέλα πνπ πξνζθέξνπλ. Σν ζχζηεκα θξνληίδεη λα πξνζθέξεη έλα μερσξηζηφ θαλάιη επηθνηλσλίαο γηα θάζε Topic θαη θάζε αιιαγή, ζε θάπνην απφ ηα δεδνκέλα πνπ αλήθνπλ ζην ζπγθεθξηκέλν Topic, νδεγεί ζηελ ελεκέξσζε ησλ ελδηαθεξφκελσλ κέζσ broadcast κελπκάησλ. 2. Content-Based Publish/Subscribe. Σν ζρήκα απηφ είλαη ην πην πεηπρεκέλν απηή ηε ζηηγκή. Η δηαθνξά ηνπ ζε ζρέζε κε ην Topic-Based Publish/Subscribe είλαη φηη εδψ ηα ζπζηήκαηα είλαη πην επέιηθηα θαζψο ηα Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 16

17 Subscriptions ζρεηίδνληαη άκεζα κε ζπγθεθξηκέλν πεξηερφκελν θαη, ζπλεπψο, ηα θαλάιηα επηθνηλσλίαο πνπ δεκηνπξγνχληαη είλαη πιεξνθνξηνθεληξηθά θαη πην απνδνηηθά. Οπζηαζηηθά ηα κελχκαηα νδεγνχληαη ζηνλ ηειηθφ ηνπο πξννξηζκφ μεπεξλψληαο ηα ζπζηήκαηα πνπ ρξεζηκνπνηνχλ broadcast ιχζεηο. 3. Type-Based Publish/Subscribe. Πξνζπαζψληαο λα αληηκεησπηζηνχλ ηα πξνβιήκαηα θιηκάθσζεο ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ, ε ηξίηε ηδέα πνπ αθνινχζεζε είλαη κηα παξαιιαγή ηεο πξψηεο. Σα Type-Based ζπζηήκαηα ρσξίδνπλ ηα κελχκαηα αλάινγα κε ην είδνο ηνπο αιιά θαη κε ην Topic ηνπο, πξνζθέξνληαο έηζη κεγαιχηεξεο δπλαηφηεηεο γηα ελζσκάησζε middleware θαη γιψζζαο. Η αλάιπζε πνπ αθνινπζεί αλαθέξεηαη απνθιεηζηηθά ζε Content-Based Publish/Subscribe αξρηηεθηνληθέο. 1.2 Λεηηνπξγηθόηεηα Έλα Publish/Subscribe ζχζηεκα απνηειείηαη απφ έλα ζχλνιν πειαηψλ πνπ αληαιιάδνπλ ελεκεξψζεηο αζχγρξνλα κε ηε βνήζεηα ηεο ππεξεζίαο ελεκεξψζεσλ πνπ βξίζθεηαη αλάκεζά ηνπο. Οη Publishers πξνζπκνπνηνχληαη λα πξνζθέξνπλ δεδνκέλα δεκηνπξγψληαο Publications ελψ νη Subscribers δειψλνπλ φηη ζέινπλ λα ιάβνπλ δεδνκέλα δεκηνπξγψληαο Subscriptions. Σα ζπζηήκαηα απηά παξνπζηάδνπλ κεξηθά ελδηαθέξνληα ραξαθηεξηζηηθά. Καηαξρήλ, νη Publishers δελ ρξεηάδεηαη λα απεπζπλζνχλ ζε θάπνην ζπγθεθξηκέλν Subscriber θαη, αληίζηνηρα, νη Subscribers απιψο εηδνπνηνχλ ην ζχζηεκα γηα ην πνηα Publications ηνπο ελδηαθέξνπλ. Με απηφ ηνλ ηξφπν επηηπγράλνπκε επειημία θαη επεθηαζηκφηεηα ζην δίθηπν, αθνχ λένη Publishers θαη Subscribers κπνξνχλ λα εηζέιζνπλ θαη λα απνρσξήζνπλ εχθνια. Γεχηεξν αμηνπξφζεθην ραξαθηεξηζηηθφ είλαη ε αζχγρξνλε επηθνηλσλία κεηαμχ ησλ πειαηψλ. Απηφ ζεκαίλεη φηη νη πειάηεο δελ ρξεηάδεηαη λα είλαη δηαζέζηκνη ηελ ίδηα ρξνληθή ζηηγκή, αθνχ ην ζχζηεκα θξνληίδεη λα ελεκεξψζεη ηνπο Publishers γηα λέα Subscriptions πνπ αθνξνχλ ζηα δεδνκέλα πνπ ζέινπλ λα παξέρνπλ, αθφκα θαη αλ απηά ηα Subscriptions είραλ δεκηνπξγεζεί πξηλ ηελ είζνδφ ηνπο ζην δίθηπν. Σέινο ηα ζπζηήκαηα απηά αληηθαηνπηξίδνπλ ηε θπζηθή Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 17

18 ζπκπεξηθνξά πιεξνθνξηνθεληξηθψλ εθαξκνγψλ θαζψο ε πξσηνβνπιία γηα έλαξμε ηεο επηθνηλσλίαο παίξλεηαη απφ ηνπο παξαγσγνχο ηεο πιεξνθνξίαο. Η παξνχζα εξγαζία παξνπζηάδεη ηε βαζηθή ιεηηνπξγηθφηεηα ηέηνησλ ζπζηεκάησλ, κεηαμχ ησλ νπνίσλ ππάξρνπλ πνιιέο δηαθνξνπνηήζεηο, ε θαζεκία κε ηα πιενλεθηήκαηα θαη ηα κεηνλεθηήκαηά ηεο. Παξφια απηά, ε κειέηε απηψλ ησλ δηαθνξνπνηήζεσλ δελ αθνξά ζην αληηθείκελν απηήο ηεο εξγαζίαο. Δθηφο απφ ηνπο πειάηεο ελφο δηθηχνπ πξέπεη εδψ λα εηζάγνπκε θαη ηελ έλλνηα ηεο Τπεξεζίαο Δλεκεξψζεσλ (Event Service) [2]. Η Τπεξεζία Δλεκεξψζεσλ είλαη ππεχζπλε γηα λα ζηέιλεη ελεκεξψζεηο (notifications) ζηνπο πειάηεο γηα ηα γεγνλφηα πνπ ηνπο ελδηαθέξνπλ αλάινγα κε ην ξφιν ηνπο κέζα ζην δίθηπν. Γηα παξάδεηγκα, ελεκεξψλεη ηνπο Subscribers φηαλ εκθαλίδεηαη έλα Publication, ην νπνίν εμππεξεηεί ηα ελδηαθέξνληά ηνπο θαζψο θαη ηνπο Publishers φηαλ εκθαλίδεηαη έλαο πειάηεο πνπ δεηάεη ηα δεδνκέλα ηα νπνία απηνί πξνζθέξνπλ. Η Δηθφλα 1 δείρλεη ηνλ ηξφπν κε ηνλ νπνίν γίλεηαη ε αζχγρξνλε ελεκέξσζε ησλ πειαηψλ. Ο Publisher ελεκεξψλεη ην δίθηπν φηη ζέιεη λα πξνσζήζεη έλα ζχλνιν δεδνκέλσλ ηε ζηηγκή φκσο πνπ θαλέλαο δελ έρεη εθδειψζεη ελδηαθέξνλ γηα απηά. ηε ζπλέρεηα ν Publisher απνρσξεί απφ ην δίθηπν θαη εκθαλίδεηαη έλαο πειάηεο κε ην ξφιν ηνπ Subscriber. Η Τπεξεζία Δλεκεξψζεσλ γλσζηνπνηεί ζηνλ Subscriber φηη θάπνηνο πξνζθέξεη ηα δεδνκέλα γηα ηα νπνία απηφο ελδηαθέξεηαη. Όηαλ θαη νη δπν βξεζνχλ ζην δίθηπν ε κεηαθνξά δεδνκέλσλ κπνξεί λα μεθηλήζεη. Δηθόλα 1: πγρξνληζκόο Υξεζηώλ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 18

19 ηελ Δηθφλα 2 θαίλεηαη πσο ε Τπεξεζία Δλεκεξψζεσλ είλαη ππεχζπλε φρη κφλν γηα ηελ αζχγρξνλε επηθνηλσλία κεηαμχ πειαηψλ αιιά θαη γηα ην ηαίξηαζκα κεηαμχ ηνπο. Οη Publishers δελ ρξεηάδεηαη λα γλσξίδνπλ ηνπο Subscribers θαη αληίζηξνθα, αθνχ ε Τπεξεζία Δλεκεξψζεσλ θξνληίδεη λα θάλεη ην ηαίξηαζκα, ζε απηφ ην παξάδεηγκα, κεηαμχ ελφο Publisher θαη πνιιψλ Subscribers. Δηθόλα 2: πληνληζκόο Υξεζηώλ Όπσο είλαη αλακελφκελν ην δίθηπν πεξηέρεη επίζεο έλα ζχλνιν απφ δξνκνινγεηέο νη νπνίνη νλνκάδνληαη Brokers θαη είλαη ππεχζπλνη γηα ηε δξνκνιφγεζε ησλ δεδνκέλσλ, ησλ αηηήζεσλ θαη ησλ ελεκεξψζεσλ. ηα ππάξρνληα εθαξκνζκέλα δίθηπα νη Brokers δελ δηαθέξνπλ απφ ηνπο ζπλεζηζκέλνπο δξνκνινγεηέο. Έρνπλ γίλεη, σζηφζν, πνιιέο πξνηάζεηο γηα δεκηνπξγία θαηλνχξησλ πξσηνθφιισλ γηα ηελ ππνζηήξημε ησλ αλαγθψλ ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ απφ ηηο ππάξρνπζεο. ηελ Δηθφλα 3 παξνπζηάδεηαη έλα απινπνηεκέλν παξάδεηγκα ηεο ιεηηνπξγίαο ελφο Publish/Subscribe δηθηχνπ. Οη P2 θαη P3 είλαη πειάηεο κε ηνλ ξφιν ηνπ Publisher θαη πξνζθέξνπλ ζην δίθηπν ηα δεδνκέλα κε νλφκαηα C2 θαη C3. Πξνθαλψο ε πξψηε νληφηεηα κε ηελ νπνία επηθνηλσλνχλ είλαη ν Broker πνπ βξίζθεηαη πην θνληά ζε απηνχο. Ο S2 θάλεη Subscribe ζηα δεδνκέλα κε φλνκα C2 ελψ ν S3 δεηάεη ηα δεδνκέλα C3. Αθνχ θαη ν P2 θαη ν P3 ζπλδένληαη ζηνλ ίδην Broker θαη ηα δχν Subscriptions ζα νδεγεζνχλ ζηνλ Broker B. Σέινο ζην ζρήκα ππάξρεη θαη ν P1 & S1 πνπ παίδεη ηνλ ξφιν θαη ηνπ Publisher αιιά θαη ηνπ Subscriber, θαζψο είλαη πηζαλφ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 19

20 έλαο ρξήζηεο λα έρεη ηαπηφρξνλα θαη ηνπο δπν ξφινπο. αλ P1 θάλεη Publish ηα δεδνκέλα κε φλνκα C1 θαη ζαλ S1 θάλεη Subscribe ζηα δεδνκέλα κε φλνκα C2 νπφηε θαη ην δίθηπν ηνλ νδεγεί ζηνλ Broker B. Όπσο είλαη εκθαλέο ην παξάδεηγκα δελ δείρλεη ηε ιεηηνπξγία ηεο Τπεξεζίαο Δλεκεξψζεσλ. ηα ζπλεζηζκέλα Publish/Subscribe δίθηπα, αθνχ έλα Subscription ηαηξηάμεη κε έλα Publication δεκηνπξγείηαη κηα ζχλδεζε κεηαμχ ησλ ρξεζηψλ κέζσ ηεο νπνίαο κεηαθέξνληαη ηα δεδνκέλα απφ ησλ Publisher ζηνλ Subscriber. Οξηζκέλεο απφ ηηο ιεπηνκέξεηεο ηεο ιεηηνπξγηθφηεηαο ηνπ δηθηχνπ παξαιείπνληαη απφ ηελ εηθφλα ζθφπηκα θαη ζα αλαιπζνχλ ζηελ επφκελε ελφηεηα. Δηθόλα 3: Λεηηνπξγία Publish/Subscribe Γηθηύνπ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 20

21 1.3 Publish/Subscribe Internet Routing Paradigm (PSIRP) Έρνληαο επηδείμεη ηε γεληθεπκέλε ιεηηνπξγηθφηεηα ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ ζα πξνρσξήζνπκε ηψξα ζε θάπνηεο ιεπηνκέξεηεο πνπ έρνπλ πηνζεηεζεί απφ ην PSIRP. Σν PSIRP είλαη έλα πξσηφηππν ζχζηεκα πνπ ρξεζηκνπνηεί ηηο βαζηθέο αξρέο ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ κε ζηφρν ηελ αληηκεηψπηζε πξνβιεκάησλ πνπ ππάξρνπλ ζην ζεκεξηλφ Γηαδίθηπν. Κάπνηα απφ απηά ηα πξνβιήκαηα ηα νπνία ην PSIRP θαιείηαη λα ιχζεη είλαη ε ππεξβνιηθή εκπηζηνζχλε πξνο ηνλ παξαγσγφ ησλ πιεξνθνξηψλ, ε κε πιεξνθνξηνθεληξηθή πξνζέγγηζε ηνπ Γηαδηθηχνπ θαη ε ειιηπήο αζθάιεηα δηθηχνπ πνπ ζηξέθεη ηνπο ρξήζηεο ζε δχζθακπηεο θαη αηνκηθέο ιχζεηο φπσο ηα firewalls. Δλ ηέιεη ην PSIRP αλαδηνξγαλψλεη ηελ αξρηηεθηνληθή ηνπ Γηαδηθηχνπ θαη απαξλείηαη ηηο ππάξρνπζεο ζεσξεηηθέο ππνδνκέο θαη πξσηφθνιια φπσο ην IP. Η παξνχζα εξγαζία βαζίδεηαη ζε θάπνηεο απφ ηηο ηερληθέο πνπ πηνζεηνχληαη ζην PSIRP θαη γηα ην ιφγν απηφ θξίζεθε ζθφπηκν λα αλαθεξζνχκε ζηα θνκκάηηα ηεο ιεηηνπξγηθφηεηάο ηνπ ηα νπνία θαη ζα ρξεηαζηνχκε γηα ηελ ππνζηήξημε ηνπ πιαηζίνπ πνπ πξνηείλνπκε [3] ύζηεκα Rendezvous Η ηερληθή ησλ Rendezvous δελ πξσηνεκθαλίδεηαη ζην PSIRP, σζηφζν απνηειεί έλα δσηηθφ θνκκάηη ηνπ. Ρφινο ηνπ πζηήκαηνο Rendezvous είλαη λα ηαηξηάδεη ηα ελδηαθέξνληα ησλ Subscribers θαη ηνλ Publishers θαζψο θαη ην λα δεκηνπξγεί ην αξρηθφ κνλνπάηη πξνψζεζεο δεδνκέλσλ ζε ζπλεξγαζία κε ην Γηαρεηξηζηή Σνπνινγίαο (Topology Manager). Πξαθηηθά θάζε Broker πνπ ππάξρεη ζην δίθηπν κπνξεί λα πινπνηεί θαη ηε ινγηθή νληφηεηα ελφο εκείνπ Rendezvous (Rendezvous Point RP). Κάζε Publication κπνξεί λα εμππεξεηεζεί απφ ζπγθεθξηκέλα RPs θαη ζπλεπψο, θάζε Subscription πνπ αθνξά ζην εθάζηνηε Publication πξέπεη θαη απηφ λα νδεγείηαη ζην αξκφδην RP [4]. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 21

22 1.3.2 Scopes Σα Scopes ζπκίδνπλ ηα Topics ησλ Topic-Based Publish/Subscribe ζπζηεκάησλ, ρσξίο σζηφζν λα έρνπλ ινγηθά νλφκαηα. πγθεθξηκέλα, φλνκα θάζε Scope είλαη έλα κνλαδηθφ Scope Identifier (Sid). Κάζε ρξήζηεο έρεη δηθαίσκα λα δεκηνπξγεί Publications ζε ζπγθεθξηκέλα Scopes θαη, αληίζηνηρα, λα δεκηνπξγεί Subscriptions ζε Publications ηα νπνία έρνπλ δεκηνπξγεζεί ζε θάπνην απφ ηα Scopes ζηα νπνία έρεη δηθαηψκαηα. Γηα θάζε Scope ηίζεηαη απφ ην δεκηνπξγφ ηνπ θαη έλα ζχλνιν πνιηηηθψλ θαη θαλφλσλ πνπ δειψλνπλ ηηο πξνδηαγξαθέο ησλ ρξεζηψλ πνπ κπνξνχλ λα ην ρξεζηκνπνηήζνπλ, ηα δεδνκέλα πνπ κπνξνχλ λα θηλεζνχλ κέζα ζε απηφ, ηα κέηξα αζθάιεηαο θ.ά. Μπνξνχκε λα πνχκε ινηπφλ, πσο κε ηε βνήζεηα ησλ Scopes νη ρξήζηεο ρσξίδνληαη ζε user groups αλάινγα κε ηα δηθαηψκαηα πνπ έρνπλ ζε θάζε Scope. ηελ Δηθφλα 4 θαίλεηαη πψο ν ρψξνο ηνπ Γηαδηθηχνπ ζα κπνξνχζε λα ρσξίζεη ηα δεδνκέλα ηνπ ζε δηαθνξεηηθά Scopes ηα νπνία θαη έρνπλ δηαθνξεηηθά Governance Policies φπσο αλαθέξζεθε πην πάλσ [5]. Δηθόλα 4: Scopes Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 22

23 Δπηπιένλ, φπσο γηα ηα Publications-Subscriptions, έηζη θαη γηα ηα Scopes ππάξρνπλ ζπγθεθξηκέλα RPs ηα νπνία κπνξνχλ λα ηα εμππεξεηήζνπλ. Αλ ζέιακε ινηπφλ, λα ρσξίζνπκε ην δίθηπν ζε Τπνζπζηήκαηα Rendezvous πνπ αμηνπνηνχλ ζπγθεθξηκέλα Scopes ζα θαηαιήγακε ζηελ Δηθφλα 5 ζηελ νπνία θαίλεηαη ε ινγηθή αξρηηεθηνληθή ηνπ πζηήκαηνο Rendezvous, ελψ έρεη πξνβιεθζεί θαη ζχλδεζε ησλ ππνζπζηεκάησλ απφ δηαθνξεηηθά Domains θάησ απφ έλα γεληθφηεξν πιαίζην Rendezvous [4]. Δηθόλα 5: Λνγηθή Αξρηηεθηνληθή πζηήκαηνο Rendezvous Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 23

24 1.3.3 Identifiers (IDs) Σν PSIRP ρξεζηκνπνηεί ζχλνια αλαγλσξηζηηθψλ γηα ηελ νλνκαζία ησλ δεδνκέλσλ πνπ θηλνχληαη ζην δίθηπν αιιά θαη ησλ νληνηήησλ πνπ παίξλνπλ κέξνο ζε απηφ, ηα αλαγλσξηζηηθά απηά βαζίδνληαη ζε Flat Labels θαη νλνκάδνληαη Identifiers. Σα αλαγλσξηζηηθά πνπ πξνβιέπνληαη είλαη ηα εμήο θαη ζπζρεηίδνληαη φπσο θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 6 [4][5]: Application Identifiers (ApIDs): Καζνξίδνπλ ηελ εθαξκνγή πνπ κπνξεί λα ρεηξηζηεί θάζε παθέην δεδνκέλσλ πνπ θηλείηαη ζην δίθηπν. Rendezvous Identifiers (RIDs): Πξαθηηθά είλαη ην φλνκα ηνπ θάζε Publication πνπ βξίζθεηαη ζην δίθηπν. Σα RIDs πξέπεη λα είλαη κνλαδηθά θαη δεκηνπξγνχληαη είηε απφ ηελ εθαξκνγή ηνπ ρξήζηε είηε απφ έλαλ Γαίκνλα ηνπ δηθηχνπ. Scope Identifiers (SIDs): Απνηεινχλ ηα νλφκαηα ησλ Scopes, πξέπεη θη απηά λα είλαη κνλαδηθά θαη επηιέγνληαη απφ ηνπο ρξήζηεο. Τπάξρνπλ σζηφζν θαη «θνηλψο γλσζηά» SIDs, ηα νπνία εμππεξεηνχλ ζηε δηαηήξεζε Scopes φπνπ κεηαθέξνληαη κελχκαηα πνπ αθνξνχλ ζηε ιεηηνπξγία ηνπ δηθηχνπ. Forwarding Identifiers (FIDs): Σα FIDs ρξεζηκνπνηνχληαη γηα ηελ νλνκαηνινγία ηνπ δέληξνπ πνπ δεκηνπξγείηαη γηα ηελ κεηαθνξά δεδνκέλσλ κέζσ multicast. Κάζε ηέηνην δέληξν πξέπεη λα νξίδεηαη κνλαδηθά απφ έλα FID. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 24

25 Δηθόλα 6: πζρεηίζεηο Αλαγλσξηζηηθώλ Έλα επηπιένλ ζηνηρείν πνπ ζα καο θαλεί ρξήζηκν απφ ηελ αξρηηεθηνληθή ηνπ PSIRP είλαη ηα Algorithmic IDs (AlgIDs). Με ηε ρξήζε ησλ AlgIDs κπνξνχκε λα δείμνπκε ην εχξνο ησλ δεδνκέλσλ ζην δίθηπν, απφ απιά αληηθείκελα πιεξνθνξηψλ ζε ζπιινγέο ζεκεηνινγηθά παξφκνησλ αληηθεηκέλσλ κέρξη δίθηπα πιεξνθνξηψλ. Θεσξψληαο φηη ηα δίθηπα πιεξνθνξηψλ είλαη πιεξνθνξίεο θαη ηα ίδηα, κπνξνχκε λα ηα ζπγθξνηήζνπκε κε ηε ρξήζε ζπιινγψλ πιεξνθνξηψλ Με ηε βνήζεηα ησλ AlgIDs κπνξνχκε λα αλαγλσξίζνπκε ηηο ζρέζεηο αλάκεζα ζε δχν αλαγλσξηζηηθά έρνληαο έηζη ηε δπλαηφηεηα λα απαληήζνπκε ζε εξσηήζεηο φπσο: Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 25

26 Έρνπκε ην αλαγλσξηζηηθφ γηα θάζε αληηθείκελν κηαο ζπιινγήο αληηθεηκέλσλ; Αλήθεη ην αληηθείκελν κε ην ζπγθεθξηκέλν αλαγλσξηζηηθφ ζηε ζπιινγή αληηθεηκέλσλ πνπ καο ελδηαθέξεη; Δάλ ελδηαθεξφκαζηε λα απνθηήζνπκε έλα αξρείν ππάξρεη ηξφπνο λα θάλνπκε subscribe ζε έλα κφλν Identifier ην νπνίν ζα αληηπξνζσπεχεη κηα ζπιινγή πιεξνθνξηψλ πνπ ζα απνηειείηαη απφ επηκέξνπο αληηθείκελα πιεξνθνξηψλ πνπ ζα είλαη ηα chunks ησλ δεδνκέλσλ ζηα νπνία ρσξίδεηαη ην αξρείν; Οη ζρέζεηο ησλ AlgIDs θαζψο θαη έλα παξάδεηγκα ζρεηηθήο ηεξαξρίαο κεηαμχ ησλ αλαγλσξηζηηθψλ παξνπζηάδεηαη ζηελ Δηθφλα 7 [5]. Δηθόλα 7: πζρεηίζεηο Αιγνξηζκηθώλ Αλαγλσξηζηηθώλ Σν ηειεπηαίν ζηνηρείν ηνπ PSIRP πνπ ζα αλαθέξνπκε είλαη ε ρξήζε ησλ Publication Identifiers (PIDs). Σα PIDs είλαη αλαγλσξηζηηθά πνπ ρξεζηκνπνηνχληαη γηα λα πξνζδηνξίζνπλ κνλαδηθά έλα ρξήζηε ηνπ δηθηχνπ. Δδψ λα ζεκεηψζνπκε φηη ηα PIDs, παξά ην φλνκά ηνπο, δελ πεξηνξίδνληαη ζηνλ πξνζδηνξηζκφ Publishers δεδνκέλσλ ζην δίθηπν. ηελ πξαγκαηηθφηεηα θάζε ρξήζηεο πνπ ζέιεη λα εηζέιζεη ζην δίθηπν αλαγθάδεηαη λα θάλεη Publish ζην Network Attachment Session θαη έηζη ην ραξαθηεξηζηηθφ αλαγλσξηζηηθφ ηνπ δεκηνπξγείηαη. Απηφ ην αλαγλσξηζηηθφ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 26

27 παξακέλεη ην ίδην κέρξη ν ρξήζηεο λα απνρσξήζεη απφ ην δίθηπν θαη ρξεζηκνπνηείηαη ζε πεξηπηψζεηο φπνπ ζέινπκε λα πξνζδηνξίζνπκε ηελ πξνέιεπζε ελφο αληηθεηκέλνπ δεδνκέλσλ. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 27

28 2. Denial of Service Attacks (DoS) 2.1 Δηζαγσγή Παξφιν πνπ νη DoS επηζέζεηο είλαη έλα πξφβιεκα πνπ δελ εκθαλίζηεθε πξφζθαηα, θαη θάπνηεο απφ ηηο επηπηψζεηο ηνπ έρνπλ ήδε αλαιπζεί θαη αληηκεησπηζηεί, δελ ππάξρεη αθφκε θαη ζήκεξα έλαο θνηλφο νξηζκφο γηα ην πνηα είλαη ηα αθξηβή ραξαθηεξηζηηθά πνπ εληάζζνπλ κηα επίζεζε ζηελ νηθνγέλεηα ησλ DoS. Ο θαιχηεξνο ίζσο νξηζκφο δίλεηαη ζην [6]: «Λέκε όηη κηα νκάδα εμνπζηνδνηεκέλωλ ρξεζηώλ κηαο ζπγθεθξηκέλεο ππεξεζίαο αζθεί επίζεζε DoS ζε κηα άιιε νκάδα εμνπζηνδνηεκέλωλ ρξεζηώλ όηαλ ε πξώηε νκάδα θαζηζηά κηα ππεξεζία κε-δηαζέζηκε γηα ηε δεύηεξε νκάδα γηα κηα ρξνληθή πεξίνδν πνπ μεπεξλά ηνλ αλακελόκελν θαη δηαθεκηδόκελν Μέζν Χξόλν Αλακνλήο». Αλαιχνληαο απηφ ηνλ νξηζκφ αμίδεη λα παξαηεξήζνπκε φηη γηα λα ππάξμεη κία επίζεζε DoS ζα πξέπεη λα ζπγθεθξηκελνπνηεζνχλ 1. νη ππεξεζίεο πνπ ζέιεη λα πξνζθέξεη ην θάζε ζχζηεκα, 2. ν Μέζνο Υξφλνο Αλακνλήο πνπ πξνβιέπεη ην εθάζηνηε ζχζηεκα γηα θαζεκία απφ ηηο αλαγλσξηζκέλεο ππεξεζίεο ηνπ θαη 3. νη ρξεζηψλ νη νπνίνη ζεσξνχληαη εμνπζηνδνηεκέλνη ζην ζχζηεκά καο. Θέινληαο λα αληηζηνηρίζνπκε ηνλ παξαπάλσ νξηζκφ ζε θάπνηνλ πνπ λα εμππεξεηεί θαη λα πεξηγξάθεη θαιχηεξα ηα πξνβιήκαηα πνπ κπνξεί λα πξνθχςνπλ ζε έλα δίθηπν κεγάιεο θιίκαθαο βξίζθνπκε ηνλ παξαθάησ νξηζκφ αθξηβή [7]: «Μηα δηθηπαθή DoS επίζεζε ζπκβαίλεη όηαλ έλα ζύλνιν νληνηήηωλ ηνπ δηθηύνπ ρξεζηκνπνηεί εζθεκκέλα ηηο πξνζθεξόκελεο ππεξεζίεο κε ζθνπό ηελ θαηαλάιωζε ή αιινίωζε ηωλ δηθηπαθώλ πόξωλ κε ηέηνην ηξόπν ώζηε θάπνηεο άιιεο νληόηεηεο ηνπ δηθηύνπ λα έρνπλ πεξηνξηζκέλε ή θαη θαζόινπ δπλαηόηεηα λα ρξεζηκνπνηήζνπλ ηηο ππεξεζίεο πνπ πξνζθέξνληαη από ην δίθηπν». ην εμήο ν φξνο DoS επηζέζεηο ζα ρξεζηκνπνηείηαη γηα αλαθνξά ζε DoS επηζέζεηο ζε ρψξνπο δηθηχσλ. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 28

29 Δπεηδή, φπσο είλαη γλσζηφ ζην ρψξν ηεο αζθάιεηαο, νη επηηηζέκελνη βξίζθνληαη πάληα έλα βήκα κπξνζηά, έρεη δεκηνπξγεζεί κηα ζσξεία ιχζεσλ γηα ηελ αληηκεηψπηζε θαζεκίαο απφ ηηο λέεο επηζέζεηο πνπ εκθαλίδνληαη. Πνιιέο απφ ηηο ιχζεηο δελ έρνπλ πξαθηηθή εθαξκνγή αθφκα θαη ζήκεξα, θαζψο πξέπεη λα ππνζηεξηρζνχλ απφ αιιαγέο ζην πιηθφ πνπ απαξηίδεη ην ζθειεηφ ηνπ δηθηχνπ αιιά θαη απφ δηνξζψζεηο ζην ινγηζκηθφ ηνπ πιηθνχ απηνχ. Η άκπλα ελάληηα ζε DoS επηζέζεηο απέρεη πνιχ απφ ην λα ζεσξεζεί κηα νινθιεξσκέλε επηζηήκε. Σερληθέο φπσο ν πεξηνξηζκφο ηνπ ξπζκνχ κεηάδνζεο δεδνκέλσλ, ην θηιηξάξηζκα ησλ παθέησλ θαη νη κηθξναιιαγέο ζηηο παξακέηξνπο ινγηζκηθνχ κπνξνχλ ζε αξθεηέο πεξηπηψζεηο λα επεξεάζνπλ ζηνλ πεξηνξηζκφ ησλ επηπηψζεσλ ησλ DoS επηζέζεσλ, αιιά κφλν πεξηνξίδνληαο ηνπο πφξνπο πνπ κπνξεί λα εμαληιήζεη κία επίζεζε. ε πνιιέο πεξηπηψζεηο ηα κφλα κέηξα πνπ κπνξνχκε λα πάξνπκε είλαη αληηδξαζηηθά, θαη φρη πξνιεπηηθά, θαη ζηνρεχνπλ ζηελ δηαθνπή ηεο επίζεζεο, εθφζνλ φκσο απηή έρεη ήδε ηεζεί ζε θίλεζε θαη έρεη αληρλεπζεί. ηελ πξνζπάζεηα ησλ εξεπλεηψλ λα βξνπλ ηξφπνπο γηα λα κπνξνχλ λα αληρλεχνπλ θάζε είδνπο επηζέζεηο ζε έλα δίθηπν, αλαπηχρζεθε έλα κεγάιν θάζκα εξγαιείσλ κε ην φλνκα πζηήκαηα Αλίρλεπζεο Παξείζθξεζεο (Intrusion Detection Systems - IDS) [8][9], θαζψο θαη δηαθνξεηηθέο ηερληθέο θαη γιψζζεο αληαιιαγήο κελπκάησλ γηα ηελ ελεκέξσζε ηνπ δηθηχνπ ζε πεξίπησζε αλίρλεπζεο θάπνηαο επίζεζεο [10], [11], [12]. Χζηφζν ηα ζπζηήκαηα δελ κπνξνχλ λα είλαη πιήξσο αμηφπηζηα θαζψο νη επηηηζέκελνη εθεπξίζθνπλ ζπλερψο λέεο ηερληθέο γηα απφθξπςε ησλ επηζέζεψλ ηνπο αιιά θαη επεηδή έλα IDS είλαη απφ ηε θχζε ηνπ ζρεδηαζκέλν λα αληηδξά ζε επηζέζεηο θαη φρη λα ηηο πξνιακβάλεη. Γεδνκέλεο ηεο αδπλακίαο ησλ IDS λα αληηκεησπίζνπλ επαξθψο ηηο επηθείκελεο επηζέζεηο, θαη ζεσξψληαο ηελ νηθνγέλεηα ησλ DoS ηελ πην επηθίλδπλε θαη γξήγνξα αλαπηπζζφκελε, πνιινί εξεπλεηέο πξνζπάζεζαλ λα κνληεινπνηήζνπλ ηε ζπκπεξηθνξά ησλ επηηηζέκελσλ, ηηο δπλαηφηεηεο πνπ ηνπο παξέρεη ην Γηαδίθηπν θαζψο θαη ηνπο ζηφρνπο ησλ επηζέζεψλ ηνπο. ηε ζπλέρεηα ζα αλαθεξζνχκε ζηηο γλσζηφηεξεο θαη ζπλεζέζηεξεο κνξθέο DoS επηζέζεσλ ζε ζπκβαηηθά δίθηπα. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 29

30 2.1.1 Smurf Attack Σα Smurf Attacks πήξαλ ην φλνκά ηνπο απφ ην πξφγξακκα πνπ ρξεζηκνπνηείηαη γηα λα γίλεη ε επίζεζε (Smurf). Δπηθεληξψλνληαη ζηε απνζηνιή κεγάιεο πνζφηεηαο δηθηπαθήο θίλεζεο ζηνλ θφκβν πνπ επηιέγεηαη σο ζηφρνο, κε απνηέιεζκα λα ηνλ θαζηζηνχλ αλίθαλν λα επεμεξγαζηεί ην κεγάιν φγθν ησλ δεδνκέλσλ. πγθεθξηκέλα, ν επηηηζέκελνο ζηέιλεη ICMP Echo Request παθέηα (γηα απηφ θαη ε επίζεζε ιέγεηαη θαη ICMP flooding) ζε φινπο ηνπο ρξήζηεο πνπ βξίζθνληαη θάησ απφ έλα δίθηπν ρξεζηκνπνηψληαο ηε δηαδηθηπαθή δηεχζπλζε ηνπ δξνκνινγεηή. Οη ρξήζηεο κε ηε ζεηξά ηνπο απαληάλε ζηηο αηηήζεηο δεκηνπξγψληαο έηζη έλα κεγάιν αξηζκφ παθέησλ (ICMP Echo Reply) πξνο επεμεξγαζία απφ ην δξνκνινγεηή, κε απνηέιεζκα λα κεησζεί ηελ απνδνηηθφηεηά ηνπ SYN Flooding Attack Η επίζεζε SYN Flooding έρεη σο ζηφρν λα ζηέιλεη πνιιαπιέο αηηήζεηο γηα ζπλδέζεηο TCP ζε κηα ζπγθεθξηκέλε νληφηεηα ηνπ δηθηχνπ ρξεζηκνπνηψληαο ηελ δηαδηθηπαθή δηεχζπλζε θάπνηνπ άιινπ. Η νληφηεηα πνπ δέρεηαη ηελ επίζεζε απαληάεη ζηελ αίηεζε γηα λα δεκηνπξγεζεί θαηλνχξηα ζχλδεζε θαη πεξηκέλεη γηα απάληεζε, ε νπνία φκσο δελ έξρεηαη πνηέ. Δλησκεηαμχ, ην ζχκα δεζκεχεη ηνπο πφξνπο πνπ ρξεηάδεηαη γηα θάζε κία αίηεζε πνπ εθθξεκεί. ηέιλνληαο έλα κεγάιν αξηζκφ αηηήζεσλ ην ζχκα θαηαιήγεη ζηε δέζκεπζε ελφο κεγάινπ κέξνπο ησλ πφξσλ ηνπ θαηαιήγνληαο ζε δπζιεηηνπξγία αθνχ δελ κπνξεί λα δηαζέζεη πφξνπο γηα λα εμππεξεηήζεη ηε λφκηκε θίλεζε DNS Cache Poisoning Όπσο γλσξίδνπκε ζην δηαδίθηπν ππάξρνπλ νληφηεηεο πνπ νλνκάδνληαη Domain Name Servers κε ζθνπφ λα αληηζηνηρίδνπλ ηα Domain Names (π.ρ. ζε Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 30

31 δηεπζχλζεηο δηθηχνπ (π.ρ ). Ο επηηηζέκελνο θξνληίδεη λα αιιάμεη θάπνηεο απφ ηηο εγγξαθέο ηνπ πίλαθα αληηζηνίρηζεο, κε απνηέιεζκα ηα ζπγθεθξηκέλα Domain Names λα νδεγνχλ ζε δηαθνξεηηθέο ηζηνζειίδεο, πνιιέο θνξέο θαηαζθεπαζκέλεο επίηεδεο ζαλ αληίγξαθα ηνπ λφκηκνπ ηζηφηνπνπ ζε κηα πξνζπάζεηα απφζπαζεο επαίζζεησλ πιεξνθνξηψλ απφ ην ζχκα. Δπεηδή αλάκεζα ζηνλ ρξήζηε θαη ζηνλ DNS παξεκβάιινπλ κηα ζεηξά απφ Caches, γηα ηελ εθαξκνγή ηεο ζπγθεθξηκέλεο επίζεζεο αξθεί ε αιιαγή ησλ πηλάθσλ ησλ Caches. Οη αιιαγέο παξακέλνπλ κέρξη λα γίλεη έιεγρνο εγθπξφηεηαο κε ηνλ θαλνληθφ DNS. 2.2 Distributed Denial of Service Attacks (DDoS) Σν Γηαδίθηπν απαξηίδεηαη απφ εθαηνληάδεο ρηιηάδεο ζπζηεκάησλ δηακνηξαζκέλα ζε φιν ηνλ θφζκν. Έρνληαο νξίζεη ηηο DoS επηζέζεηο κπνξνχκε λα νξίζνπκε έλα θάπσο δηαθνξεηηθφ είδνο επίζεζεο, πνπ πξνζπαζεί λα πεηχρεη παξφκνηα απνηειέζκαηα, ρξεζηκνπνηψληαο φκσο ηελ ππνινγηζηηθή ηζρχ πνιιψλ ππνινγηζηηθψλ ζπζηεκάησλ. Απηέο νη επηζέζεηο νλνκάδνληαη Γηακνηξαζκέλεο DoS επηζέζεηο (DDoS) [13]. Μηα επίζεζε DDoS έρεη σο ζηφρν ηελ εμάληιεζε ησλ πφξσλ πνπ ην ζχκα έρεη ζηε δηάζεζή ηνπ. Απηνί νη πφξνη κπνξεί λα είλαη bandwidth, ππνινγηζηηθή ηζρχο ή αθφκα θαη δνκέο δεδνκέλσλ άκεζα ζπλδεδεκέλεο κε ην ιεηηνπξγηθφ ζχζηεκα ηνπ ζχκαηνο. Γηα ηελ εθηέιεζε κηαο DDoS επίζεζεο νη θαθφβνπινη ρξήζηεο αξρηθά ρηίδνπλ έλα δίθηπν ππνινγηζηψλ πνπ ζα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα ηελ παξαγσγή ηεο δηθηπαθήο θίλεζεο πνπ ρξεηάδεηαη γηα λα θαηαζηήζνπλ αδχλακε ηελ παξνρή ππεξεζηψλ ζε λφκηκνπο ρξήζηεο ηνπ δηθηχνπ. Γηα ηε δεκηνπξγία ηνπ δηθηχνπ επίζεζεο νη επηηηζέκελνη ςάρλνπλ γηα επάισηεο νληφηεηεο κέζα ζην Γηαδίθηπν. πλήζεηο ππνςήθηνη είλαη νη νληφηεηεο πνπ δελ ρξεζηκνπνηνχλ θάπνην κέηξν πξνζηαζίαο (π.ρ. Anti-Virus, firewalls) ή πνπ ρξεζηκνπνηνχλ ινγηζκηθφ πξνεγνχκελεο έθδνζεο ην νπνίν έρεη βξεζεί επηθίλδπλν. Σν επφκελν βήκα γηα ηνλ επηηηζέκελν είλαη ε εγθαηάζηαζε εξγαιείσλ επίζεζεο ζηα ζπζηήκαηα πνπ ζεσξεί επάισηα. Σα ζπζηήκαηα πνπ ιακβάλνπλ κέξνο ζηηο επηζέζεηο κε απηφ ηνλ ηξφπν είλαη γλσζηά σο Zombies θαη κπνξνχλ λα εθηειέζνπλ κηα επίζεζε γηα ράξε ηνπ ρξήζηε θάησ απφ ηνλ έιεγρν ηνπ νπνίνπ πιένλ βξίζθνληαη ρσξίο λα ην Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 31

32 γλσξίδνπλ. Σα εξγαιεία επίζεζεο κπνξεί θαλείο εχθνια λα ηα βξεη κέζα ζην Γηαδίθηπν, φπσο ππάξρεη θαη αληίζηνηρν ινγηζκηθφ γηα ηελ εχξεζε ησλ ζπζηεκάησλ πνπ είλαη θαινί ππνςήθηνη γηα ηνλ ξφιν ηνπ Zombie. Όηαλ έλα ζχζηεκα βξίζθεηαη ππφ ηνλ έιεγρν θάπνηνπ επηηηζέκελνπ ηφηε θη απηφ κε ηε ζεηξά ηνπ ςάρλεη γηα λέα επάισηα ζπζηήκαηα, ρσξίο απηφ λα γίλεηαη αληηιεπηφ απφ ην λφκηκν θάηνρν ηνπ ζπζηήκαηνο. Καηφπηλ, εγθαζηζηά ζηα λέα ζπζηήκαηα ην ίδην θαθφβνπιν ινγηζκηθφ θαη ηα εξγαιεία επίζεζεο θαη ε δηαδηθαζία επαλαιακβάλεηαη κέρξη ν πξψηνο επηηηζέκελνο, γλσζηφο θαη σο Master, λα έρεη ππφ ηνλ έιεγρφ ηνπ κηα ηθαλνπνηεηηθή ζηξαηηά απφ ζπζηήκαηα Zombie. Με ηε βνήζεηα ησλ ζεκεξηλψλ εξγαιείσλ αλίρλεπζεο επάισησλ ζπζηεκάησλ ε δεκηνπξγία ελφο δηθηχνπ επίζεζεο δελ είλαη πιένλ ρξνλνβφξα δηαδηθαζία, ελψ ηα ζπζηήκαηα πνπ κνιχλνληαη ιακβάλνπλ κέξνο ζην δίθηπν επίζεζεο κε θάζε επηηπρή ζχλδεζή ηνπο ζην Γηαδίθηπν. Οη δχν πην γλσζηέο ηερληθέο αλίρλεπζεο γηα ηελ εχξεζε επάισησλ ζπζηεκάησλ παξνπζηάδνληαη ζηε ζπλέρεηα. Σπραία αλίρλεπζε: Με απηή ηελ ηερληθή ην ζχζηεκα πνπ ρξεζηκνπνηεί ην εξγαιείν αλίρλεπζεο επηιέγεη ηπραίεο δηεπζχλζεηο δηαδηθηχνπ θαη ειέγρεη ην πφζν επάισην είλαη ην ζχζηεκα ζην νπνίν αληηζηνηρνχλ. Όηαλ βξεζεί θάπνην, ηφηε ην επηηηζέκελν ζχζηεκα εγθαζηζηά ηα ίδηα εξγαιεία θαη ζην ζχκα ηνπ. Έλα απφ ηα πιενλεθηήκαηα απηήο ηεο ηερληθήο είλαη ν πςειφο ξπζκφο εμάπισζεο ηνπ θαθφβνπινπ ινγηζκηθνχ, θαζψο, έρνληαο αθφκα θαη έλα κηθξφ δίθηπν επίζεζεο, νη αληρλεχζεηο έξρνληαη απφ νπνηνδήπνηε κέξνο ηνπ Γηαδηθηχνπ θαη θαηαιήγνπλ ζε νπνηνδήπνηε κέξνο ηνπ. Αλίρλεπζε γλσζηψλ εππαζψλ ζπζηεκάησλ: Πξηλ ν επηηηζέκελνο αξρίζεη ηε δηαδηθαζία αλίρλεπζεο θξνληίδεη λα ζρεκαηίζεη κία ιίζηα κε πηζαλφηαηα επάισηα ζπζηήκαηα. Σέηνηεο ιίζηεο κπνξνχλ λα βξεζνχλ δεκνζηεπκέλεο ζην Γηαδίθηπν ζηηο ηζηνζειίδεο επίδνμσλ Crackers. Ο επηηηζέκελνο αξρίδεη λα αληρλεχεη φια ηα ζπζηήκαηα ζηε ιίζηα. Μφιηο κνιχλεη θάπνην απφ απηά ρσξίδεη ηε ιίζηα ζηα δπν, δίλεη ηε κηζή ζην πξψην ηνπ Zombie γηα λα αληρλεχεη θαη ζπλερίδεη κε ηελ ππφινηπε. Δπαλαιακβάλνληαο ηε δηαδηθαζία είλαη πξνθαλέο φηη φζν πεξλάεη ε ψξα, θαη κέρξη ε αξρηθή ιίζηα λα εμαληιεζεί, ν ξπζκφο επηζηξάηεπζεο ζπζηεκάησλ Zombie απμάλεηαη αθνχ νινέλα θαη πεξηζζφηεξα κεραλήκαηα ρξεζηκνπνηνχληαη γηα αλίρλεπζε, ελψ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 32

33 έρνπλ εμαιεηθζεί θαη νη πηζαλφηεηεο ππεξθάιπςεο ιφγσ ηεο ηκεκαηνπνίεζεο ηεο ιίζηαο ζε θάζε λέν Zombie. Μεηά ηελ ζχζηαζε ηνπ δηθηχνπ επίζεζεο ν επηηηζέκελνο ρξεζηκνπνηεί ηα ζπζηήκαηα πνπ βξίζθνληαη ππφ ηνλ έιεγρφ ηνπ γηα λα εμαπνιχζεη ηελ επίζεζή ηνπ. Απηφ γίλεηαη είηε δίλνληαο κία ζρεηηθή εληνιή είηε κε ηελ εγθαηάζηαζε ελφο Γαίκνλα ζηα Zombies, ν νπνίνο δίλεη ηαπηφρξνλα ζήκα ζην θαζέλα γηα λα μεθηλήζεη. πλεζίδεηαη επίζεο, ν δηαρσξηζκφο κεηαμχ ησλ ζπζηεκάησλ ηνπ δηθηχνπ επίζεζεο ζε Master Zombies θαη απιά Slave Zombies. ην ξφιν ησλ Master Zombies επηζηξαηεχνληαη ζπζηήκαηα κε κεγαιχηεξε ππνινγηζηηθή ηζρχ θαη δηθηπαθνχο πφξνπο δεκηνπξγψληαο έλα ηεξαξρηθφ δέληξν πνπ θαίλεηαη ζηελ Δηθφλα 8. Δηθόλα 8: Λεηηνπξγία DDoS Δπηζέζεσλ Η πην ζπλεζηζκέλε επίζεζε πινπνηείηαη δηαηάδνληαο ηα Zombies λα ζηείινπλ κία ζσξεία άρξεζησλ δηαδηθηπαθψλ παθέησλ ζην ζχκα θαζηζηψληαο ην αλήκπνξν λα ηθαλνπνηήζεη ηηο εθαηνληάδεο ςεχηηθσλ αηηήζεσλ αιιά θαη ηηο φπνηεο λφκηκεο αηηήζεηο ηχρεη λα ιάβεη ζε απηφ ην ρξνληθφ δηάζηεκα. Σειηθά φζνη λφκηκνη ρξήζηεο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 33

34 βαζίδνληαη ζην ζχκα γηα ηελ παξνρή θάπνησλ ππεξεζηψλ δελ εμππεξεηνχληαη ζηνλ πξνβιεπφκελν ρξφλν, ελψ πνιιέο θνξέο ην ζχκα, ιφγσ ηνπ ππνινγηζηηθνχ θφξηνπ, ηίζεηαη εθηφο ιεηηνπξγίαο. Κάπνηεο απφ ηηο πην γλσζηέο DDoS επηζέζεηο είλαη νη ARP Poisoning, Back, DoS Nuke, Land, Mailbomb, SYN Flood, Ping of Death, Process Table, TCP Reset θαη Teardrop. Όπσο γίλεηαη πξνθαλέο απφ ηα παξαπάλσ νη επηπηψζεηο ησλ DDoS επηζέζεσλ κπνξεί απνβνχλ θαηαζηξνθηθέο, αλ ζηξαθνχλ ελάληηα ζε θάπνηα δσηηθή νληφηεηα ηνπ δηθηχνπ. Απφ ηελ πξψηε εκθάληζε ησλ επηζέζεσλ νη λφκηκνη ρξήζηεο πξνζπάζεζαλ λα αληηδξάζνπλ. Οη εξεπλεηέο, παλεπηζηεκηαθνί, θαζψο θαη νη εηαηξείεο παξαγσγήο ινγηζκηθνχ έρνπλ πξνηείλεη δηάθνξεο κεζφδνπο γηα ηελ θαηαπνιέκεζε ηεο απεηιήο. Παξά ηηο πξνζπάζεηέο ηνπο, σζηφζν, δελ έρεη βξεζεί κηα γεληθεπκέλε ιχζε θαη νη πεξηζζφηεξεο πξνηάζεηο πεξηνξίδνληαη ζηελ αληηκεηψπηζε πνιχ ζπγθεθξηκέλσλ επηζέζεσλ ηεο νηθνγέλεηαο ησλ DDoS. 2.3 DoS επηζέζεηο ζε Publish/Subscribe δίθηπα Η κειέηε ησλ επηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe δίθηπα ρξεηάδεηαη κία ηειείσο δηαθνξεηηθή πξνζέγγηζε ιφγσ ηεο ηδηαηηεξφηεηαο ησλ δηθηχσλ απηψλ. Σα ππάξρνληα κνληέια [14] επηηηζέκελσλ δελ κπνξνχλ λα ρξεζηκνπνηεζνχλ γηα λα θαιχςνπλ επηηπρψο ηηο αδπλακίεο ησλ Publish/Subscribe ζπζηεκάησλ θαη νη πξνζπάζεηεο γηα εδξαίσζε ελφο λένπ κνληέινπ δελ έρνπλ επηθέξεη θάπνην αλαγλσξηζκέλν απνηέιεζκα κέρξη ηψξα. Γεληθά θαη εδψ ζεσξνχκε φηη νη DoS επηζέζεηο δελ κπνξνχλ λα πξνιεθζνχλ. Χζηφζν, κπνξνχκε λα ιάβνπκε κέηξα γηα λα κεηψζνπκε ηελ πηζαλφηεηα λα ιάβνπλ ρψξα θαη λα πεξηνξίζνπκε ηελ επίπησζε κίαο επίζεζεο. Δθηφο απφ ηηο ιχζεηο πνπ αλαθέξνληαη ζε πξαθηηθέο εθαξκνγήο λέσλ κέηξσλ αληίζηαζεο εμίζνπ ζεκαληηθή είλαη θαη ε ζεσξεηηθή κειέηε πνπ έρεη γίλεη πάλσ ζην πξφβιεκα. Μία ελδηαθέξνπζα πξνζέγγηζε κνληεινπνίεζεο ησλ επηζέζεσλ πνπ κπνξνχλ λα ιάβνπλ ρψξα ζε έλα Publish/Subscribe δίθηπν είλαη κε ηε ρξήζε Γέληξσλ Δπίζεζεο (Attack Trees) [15][16]. Μία αξρηθή πξνζπάζεηα δεκηνπξγίαο Γέληξνπ Δπίζεζεο γηα ην PSIRP καο έδσζε ην παξαθάησ απνηέιεζκα (Δηθφλα 9). ην ζπγθεθξηκέλν παξάδεηγκα ν ζηφρνο Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 34

35 ηεο επίζεζεο είλαη ε αιινίσζε ηεο εζσηεξηθήο πλάξηεζεο Rendezvous ελφο θφκβνπ. Με ηε βνήζεηα ηνπ Γέληξνπ κπνξνχκε λα αμηνινγήζνπκε ηηο πηζαλφηεηεο λα ζπκβεί απηφ, ππνινγίδνληαο ηηο πηζαλφηεηεο λα ζπκβεί θάζε έλα απφ ηα ελδερφκελα πνπ κπνξνχλ λα νδεγήζνπλ ζην απνηέιεζκα. Αληίζηνηρα θξνληίδνπκε λα επελδχζνπκε ζηελ αζθάιεηα ηνπ πην αδχλακνπ θιαδηνχ ηνπ δέληξνπ. Δηθόλα 9: Παξάδεηγκα Γέλδξνπ Δπίζεζεο Δπεηδή ε θαηαζθεπή Γέληξσλ Δπίζεζεο είλαη κηα ρξνλνβφξα δηαδηθαζία θαη ρξεηαδφκαζηε έλα δηαθνξεηηθφ δέληξν γηα θάζε πηζαλφ ζηφρν θαη θάζε δηαθνξεηηθφ ζχζηεκα έγηλε κηα πξνζπάζεηα ηαμηλφκεζεο ησλ επηζέζεσλ πνπ κπνξνχλ λα γίλνπλ ζε έλα Content-Type Publish/Subscribe ζχζηεκα. Σν κνληέιν απηφ πξνζπαζεί λα ζπγθεληξψζεη παιαηφηεξεο αιιά θαη λέεο επηζέζεηο. Με ην απνηέιεζκα πνπ πξνθχπηεη δηεπθνιχλεηαη ε ζχγθξηζε ησλ μερσξηζηψλ ζπζηεκάησλ αλάινγα κε ηελ αληίζηαζή ηνπο ελάληηα ζε DoS επηζέζεηο θαη δίλεηαη ε επθαηξία ζηνπο εξεπλεηέο λα ζρεδηάζνπλ θαηλνχξηνπο ακπληηθνχο κεραληζκνχο, νη νπνίνη ζα κπνξνχλ λα θαιχπηνπλ κία επξεία πεξηνρή εππαζεηψλ [17]. Οη ηνκείο πνπ αλαγλσξίδεη ην κνληέιν είλαη νη εμήο: Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 35

36 Σχπνο Δθκεηάιιεπζεο: Αλαθέξεηαη ζην ζεκείν εππάζεηαο ηνπ ζπζηήκαηνο ην νπνίν ζηνρεχεη ε επίζεζε. Πεγέο Δπίζεζεο: Καηεγνξηνπνηεί ηηο επηζέζεηο αλάινγα κε ην πνηνο ηηο ζέηεη ζε θίλεζε. ηφρνη Δπίζεζεο: Καηεγνξηνπνίεζε αλάινγα κε ηελ θπζηθή ή ινγηθή νληφηεηα πνπ δέρεηαη ηελ επίζεζε. Γηάδνζε Δπίζεζεο: Αλαθέξεηαη ζηελ έθηαζε πνπ θαιχπηνπλ νη επηπηψζεηο κηαο επίζεζεο κέζα ζην δίθηπν. Δμάξηεζε Πεξηερνκέλνπ: Καζνξίδεη ην αλ ε επίζεζε βαζίδεηαη ζηελ εθκεηάιιεπζε ηνπ πεξηερνκέλνπ ησλ κελπκάησλ πνπ αληαιιάδνληαη. Γηάξθεηα Δπηπηψζεσλ: Γηαρσξίδεη ηηο επηζέζεηο αλάινγα κε ην πφζε ψξα κεηά ηελ έλαξμε ηνπο ρξεηάδεηαη ην ζχζηεκα γηα λα επαλέιζεη ζηε θπζηνινγηθή ηνπ ιεηηνπξγία. Σερληθή Δπίζεζεο: Σαμηλνκεί ηεο επηζέζεηο ζχκθσλα κε ηελ ηερληθή πνπ ρξεζηκνπνηνχλ γηα λα επηηχρνπλ ην ζηφρν ηνπο. Αμίδεη λα ζεκεησζεί επίζεο, φηη ραξαθηεξηζηηθά φπσο ε Γηάδνζε Μελπκάησλ (Message Propagation), ε Πνιππινθφηεηα Πεξηερνκέλνπ (Content Complexity) θαη ε Γηαηήξεζε Καηάζηαζεο (State Maintenance) πξσηνεκθαλίδνληαη ζηα Publish/Subscribe ζπζηήκαηα κε απνηέιεζκα ηελ εκθάληζε λέσλ DoS επηζέζεσλ ελαληίνλ ηνπο. ηελ Δηθφλα 10 βιέπνπκε ηνπο ηνκείο ζηνπο νπνίνπο κπνξεί λα θαηεγνξηνπνηεζεί κία επίζεζε θαζψο θαη ηηο μερσξηζηέο θαηεγνξίεο αλά ηνκέα. Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 36

37 Δηθόλα 10: Κξηηήξηα Σαμηλόκεζεο DoS Δπηζέζεσλ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 37

38 3. DoS Attack Prevention 3.1 Δηζαγσγή Δξεπλεηέο ηνπ ηνκέα ηεο πξφιεςεο ησλ DoS επηζέζεσλ έρνπλ θάλεη αμηφινγεο πξνζπάζεηεο λα αληηκεησπίζνπλ ην πξφβιεκα ζρεδηάδνληαο μερσξηζηά ζπζηήκαηα, επηζηξαηεχνληαο παιαηφηεξεο ηδέεο θαη πξνζαξκφδνληάο ηεο ζηηο ηδηαηηεξφηεηεο ησλ Publish/Subscribe δηθηχσλ, εηζάγνληαο ζρήκαηα απζεληηθνπνίεζεο, αιιάδνληαο ηνλ παξαδνζηαθφ ηξφπν κεηαθνξάο δεδνκέλσλ θαη δεκηνπξγψληαο λέα πξσηφθνιια απμεκέλεο αζθάιεηαο. ην θεθάιαην απηφ ζα αλαθεξζνχκε θαη ζα πεξηγξάςνπκε πεξηιεπηηθά ηα ζεκαληηθφηεξα πξνηεηλφκελα ζρήκαηα πξφιεςεο ελάληηα ζε DoS επηζέζεηο. 3.2 Πξόιεςε Spam Σν 2006 ν S. Tarkoma [18] πξφηεηλε έλα κέηξν αληηκεηψπηζεο επηζέζεσλ ηχπνπ Spam. Αλαθέξεη φηη ην ζεκαληηθφηεξν ραξαθηεξηζηηθφ ησλ Publish/Subscribe ζπζηεκάησλ, ην νπνίν θαη εθκεηαιιεχνληαη νη επηηηζέκελνη, είλαη ε Αληηγξαθή Δλεκεξψζεσλ. ην άξζξν εδξαηψλεηαη έλα ζχλνιν θαλφλσλ πνπ πξέπεη λα αθνινπζνχλ ηα ζπζηήκαηα απηά γηα ηε ειαρηζηνπνίεζε ηεο πηζαλφηεηαο επηηπρνχο επίζεζεο Spam. Οη βαζηθφηεξνη απφ απηνχο ηνπο θαλφλεο είλαη νη παξαθάησ: Απζεληηθνπνίεζε ησλ Publishers θαη ησλ Brokers πξνο απνθπγή θαθφβνπισλ νληνηήησλ κεηαθνξάο δεδνκέλσλ. Γηακνηξαδφκελεο blacklists ρξεζηκνπνηψληαο DNS ή DHT. Αλαγλψξηζε ησλ επηηηζέκελσλ θαη πεξηνξηζκφο ηνπο. Απφθξπςε πιεξνθνξηψλ πνπ αθνξνχλ ζηνπο δεκνθηιείο φξνπο αλαδήηεζεο. Σν ζρήκα ηεο ιχζεο νινθιεξψλεηαη κε ηελ εηζαγσγή αιιαγψλ ζηελ αξρηηεθηνληθή ηνπ δηθηχνπ. ηφρνο ηεο πξφιεςεο επηζέζεσλ Spam κέζσ ππνδνκψλ ηνπ δηθηχνπ Πξφιεςε DoS Δπηζέζεσλ ζε Publish/Subscribe Γίθηπα ε ι ί δ α 38