เซิร์ฟเวอร์ Byzantine คืออะไร และเซิร์ฟเวอร์เหล่านี้ก่อให้เกิดภัยคุกคามต่อความปลอดภัยของระบบจัดเก็บข้อมูลได้อย่างไร

/ / ตีพิมพ์ใน cybersecurity, EITC/IS/ACSS ความปลอดภัยของระบบคอมพิวเตอร์ขั้นสูง, ความปลอดภัยของการจัดเก็บ, เซิร์ฟเวอร์จัดเก็บข้อมูลที่ไม่น่าเชื่อถือ, ทบทวนข้อสอบ

เซิร์ฟเวอร์ไบแซนไทน์เป็นแนวคิดที่ได้มาจากปัญหาทั่วไปของไบแซนไทน์ ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความท้าทายในการบรรลุฉันทามติในระบบคอมพิวเตอร์แบบกระจาย ซึ่งส่วนประกอบต่างๆ อาจล้มเหลวและมีข้อมูลที่ไม่สมบูรณ์ ในบริบทของระบบจัดเก็บข้อมูล เซิร์ฟเวอร์ Byzantine เป็นตัวแทนของโหนดการจัดเก็บข้อมูลที่อาจแสดงพฤติกรรมตามอำเภอใจหรือเป็นอันตราย รวมถึงการส่งข้อมูลที่ขัดแย้งกันไปยังส่วนต่างๆ ของระบบ ไม่ตอบสนอง หรือพยายามสร้างความเสียหายหรือจัดการข้อมูลอย่างจริงจัง ลักษณะการทำงานนี้ก่อให้เกิดภัยคุกคามที่สำคัญต่อความปลอดภัยและความน่าเชื่อถือของระบบจัดเก็บข้อมูล โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่ต้องอาศัยสถาปัตยกรรมแบบกระจาย

ปัญหานายพลไบแซนไทน์ นำเสนอครั้งแรกโดยเลสลี แลมพอร์ต, โรเบิร์ต โชสตาค และมาร์แชล พีส ในปี 1982 บรรยายถึงสถานการณ์ที่นายพลกลุ่มหนึ่งต้องตกลงในยุทธศาสตร์ร่วมกันเพื่อหลีกเลี่ยงความล้มเหลว อย่างไรก็ตาม นายพลบางคนอาจเป็นคนทรยศโดยให้ข้อมูลอันเป็นเท็จเพื่อป้องกันฉันทามติ เมื่อแปลสิ่งนี้ไปยังระบบคอมพิวเตอร์ ข้อผิดพลาด Byzantine หมายถึงข้อบกพร่องโดยพลการที่อาจเกิดขึ้นในส่วนใดส่วนหนึ่งของระบบ รวมถึงข้อบกพร่องของซอฟต์แวร์ ความล้มเหลวของฮาร์ดแวร์ หรือการโจมตีที่เป็นอันตราย

ในระบบจัดเก็บข้อมูล เซิร์ฟเวอร์ Byzantine อาจบ่อนทำลายความสมบูรณ์ ความพร้อมใช้งาน และการรักษาความลับของข้อมูล ภัยคุกคามเหล่านี้สามารถแบ่งได้ดังนี้:

1. ภัยคุกคามต่อความซื่อสัตย์: เซิร์ฟเวอร์ Byzantine อาจทำให้ข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในระบบเสียหายได้ ความเสียหายนี้อาจเกิดขึ้นเพียงเล็กน้อย เช่น การเปลี่ยนแปลงข้อมูลบางส่วน หรือรุนแรงกว่านั้น เช่น การแทนที่ข้อมูลทั้งหมดด้วยข้อมูลเท็จ ความท้าทายก็คือเซิร์ฟเวอร์ Byzantine สามารถทำงานได้อย่างถูกต้องเกือบตลอดเวลา ทำให้ยากต่อการตรวจจับความเสียหายในทันที ตัวอย่างเช่น ในระบบไฟล์แบบกระจาย หากเซิร์ฟเวอร์ Byzantine เปลี่ยนแปลงเนื้อหาของไฟล์ ไคลเอนต์อื่นๆ ที่เข้าถึงไฟล์เดียวกันอาจได้รับข้อมูลที่ไม่ถูกต้อง ส่งผลให้ข้อมูลสูญหายหรือข้อผิดพลาดของแอปพลิเคชัน

2. ภัยคุกคามจากความพร้อมใช้งาน: เซิร์ฟเวอร์ Byzantine สามารถขัดขวางความพร้อมใช้งานของข้อมูลโดยการปฏิเสธที่จะตอบสนองต่อคำขอหรือให้การตอบกลับล่าช้า ในระบบจัดเก็บข้อมูลแบบกระจาย หากชุดย่อยของเซิร์ฟเวอร์กลายเป็นไบเซนไทน์ อาจนำไปสู่สถานการณ์ที่ระบบไม่สามารถบรรลุองค์ประชุมที่จำเป็นในการดำเนินการอ่านหรือเขียน ส่งผลให้ไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ในบริการจัดเก็บข้อมูลบนคลาวด์ หากโหนดจัดเก็บข้อมูลหลายโหนดไม่ตอบสนองเนื่องจากพฤติกรรมของ Byzantine ผู้ใช้อาจประสบกับความล่าช้าอย่างมากหรือไม่สามารถเข้าถึงข้อมูลที่เก็บไว้ได้อย่างสมบูรณ์

3. ภัยคุกคามด้านความลับ: เซิร์ฟเวอร์ Byzantine สามารถรั่วไหลข้อมูลที่ละเอียดอ่อนไปยังบุคคลที่ไม่ได้รับอนุญาต กรณีนี้อาจเกิดขึ้นได้หากเซิร์ฟเวอร์ถูกบุกรุกโดยผู้โจมตีซึ่งจะขโมยข้อมูลหรือหากเซิร์ฟเวอร์จงใจแบ่งปันข้อมูลกับหน่วยงานที่ไม่ได้รับอนุญาต ในสถานการณ์ที่มีการจัดเก็บข้อมูลส่วนบุคคลที่ละเอียดอ่อนหรือข้อมูลทางธุรกิจที่เป็นกรรมสิทธิ์ การละเมิดดังกล่าวอาจนำไปสู่การละเมิดความเป็นส่วนตัวขั้นรุนแรงและความสูญเสียทางการเงิน

เพื่อลดความเสี่ยงที่เกิดจากเซิร์ฟเวอร์ Byzantine จึงมีการพัฒนากลยุทธ์และโปรโตคอลหลายประการ ซึ่งรวมถึง:

- โปรโตคอล Byzantine Fault Tolerance (BFT): โปรโตคอลเหล่านี้ได้รับการออกแบบเพื่อให้บรรลุฉันทามติเมื่อมีข้อบกพร่องของไบแซนไทน์ หนึ่งในโปรโตคอล BFT ที่รู้จักกันดีที่สุดคือ Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT) ซึ่งช่วยให้ระบบแบบกระจายสามารถทนต่อส่วนประกอบได้ถึงหนึ่งในสามที่เป็น Byzantine PBFT ทำงานโดยมีการจำลองข้อมูลหลายชุด และกำหนดให้มีแบบจำลองจำนวนหนึ่งเพื่อตกลงกับสถานะของข้อมูลก่อนที่จะถือว่าการดำเนินการใดๆ ได้รับการพิจารณา เพื่อให้แน่ใจว่าแม้ว่าบางเรพลิกาจะเป็น Byzantine แต่ระบบก็ยังสามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง

- ลบการเข้ารหัสและความซ้ำซ้อน: ด้วยการใช้การเข้ารหัสการลบข้อมูลและการจัดเก็บข้อมูลซ้ำซ้อนบนเซิร์ฟเวอร์หลายตัว ระบบจัดเก็บข้อมูลจึงสามารถทนต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine ได้ การเข้ารหัสการลบจะแบ่งข้อมูลออกเป็นแฟรกเมนต์และเข้ารหัสด้วยข้อมูลที่ซ้ำซ้อน ดังนั้นแม้ว่าแฟรกเมนต์บางส่วนจะเสียหายหรือสูญหาย แต่ข้อมูลต้นฉบับก็สามารถสร้างขึ้นมาใหม่ได้ วิธีการนี้ช่วยเพิ่มความทนทานต่อข้อผิดพลาดและรับประกันความพร้อมใช้งานของข้อมูลแม้ว่าจะมีเซิร์ฟเวอร์ Byzantine ก็ตาม

- เทคนิคการเข้ารหัสลับ: การใช้วิธีการเข้ารหัส เช่น ลายเซ็นดิจิทัลและฟังก์ชันแฮชสามารถช่วยตรวจจับและป้องกันความเสียหายของข้อมูลโดยเซิร์ฟเวอร์ Byzantine ตัวอย่างเช่น ลูกค้าสามารถลงนามข้อมูลของตนก่อนที่จะจัดเก็บ และเซิร์ฟเวอร์จัดเก็บข้อมูลสามารถตรวจสอบลายเซ็นเมื่อดึงข้อมูลได้ การเปลี่ยนแปลงใด ๆ โดยเซิร์ฟเวอร์ Byzantine จะส่งผลให้ลายเซ็นไม่ตรงกัน และแจ้งเตือนระบบถึงความเสียหายที่อาจเกิดขึ้น

- การตรวจสอบและติดตาม: การตรวจสอบและการตรวจสอบเซิร์ฟเวอร์จัดเก็บข้อมูลเป็นประจำสามารถช่วยตรวจจับพฤติกรรมของ Byzantine ได้ ด้วยการตรวจสอบความสมบูรณ์และความพร้อมใช้งานของข้อมูลอย่างต่อเนื่อง ระบบจัดเก็บข้อมูลจึงสามารถระบุและแยกเซิร์ฟเวอร์ Byzantine ได้ สามารถใช้เทคนิคต่างๆ เช่น โปรโตคอลการตอบสนองต่อความท้าทาย ซึ่งเซิร์ฟเวอร์ต้องพิสูจน์ว่ายังคงมีข้อมูลที่ถูกต้อง เพื่อรับรองความสมบูรณ์ของข้อมูล

- การจำลองแบบและระบบองค์ประชุม: การจำลองข้อมูลข้ามเซิร์ฟเวอร์หลายเครื่องและการใช้วิธีการตามองค์ประชุมสำหรับการดำเนินการอ่านและเขียนสามารถลดผลกระทบของข้อผิดพลาดของ Byzantine ได้ ระบบองค์ประชุมจำเป็นต้องมีเซิร์ฟเวอร์จำนวนหนึ่งเพื่อยอมรับการดำเนินการก่อนที่จะดำเนินการ สิ่งนี้ทำให้แน่ใจได้ว่าแม้ว่าเซิร์ฟเวอร์บางตัวจะเป็น Byzantine แต่ก็ไม่สามารถขัดขวางการทำงานของระบบเพียงลำพังได้

ตัวอย่างของการใช้งานจริงของความทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine คือแพลตฟอร์มบล็อกเชน Hyperledger Fabric ซึ่งใช้ PBFT ที่แตกต่างกันเพื่อให้ได้รับความเห็นพ้องต้องกันระหว่างโหนดต่างๆ ในระบบนี้ ธุรกรรมจะถูกเสนอโดยลูกค้า ซึ่งได้รับการรับรองโดยกลุ่มย่อยของกลุ่มเพื่อน จากนั้นจึงสั่งและตรวจสอบโดยกลไกที่เป็นเอกฉันท์ที่ยอมรับความผิดพลาดของ Byzantine สิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าแม้ว่าเพื่อนบางคนจะเป็นอันตรายหรือผิดพลาด แต่ความสมบูรณ์และความสม่ำเสมอของบล็อกเชนจะยังคงอยู่

อีกตัวอย่างหนึ่งคือ Spanner ของ Google ซึ่งเป็นฐานข้อมูลที่กระจายไปทั่วโลกซึ่งใช้การผสมผสานระหว่างการจำลอง ระบบองค์ประชุม และนาฬิกาที่ซิงโครไนซ์เพื่อให้เกิดความพร้อมใช้งานและความสม่ำเสมอในระดับสูง แม้ว่าจะไม่ได้ออกแบบมาอย่างชัดเจนสำหรับความทนทานต่อข้อผิดพลาดของ Byzantine แต่สถาปัตยกรรมของ Spanner มอบความทนทานต่อข้อผิดพลาดบางประเภท และรับประกันความสมบูรณ์ของข้อมูลและความพร้อมใช้งานของศูนย์ข้อมูลที่กระจัดกระจายทางภูมิศาสตร์

การมีอยู่ของเซิร์ฟเวอร์ Byzantine ในระบบจัดเก็บข้อมูลจำเป็นต้องมีแนวทางการรักษาความปลอดภัยที่ครอบคลุมซึ่งผสมผสานเทคนิคและโปรโตคอลที่หลากหลาย ด้วยการใช้โปรโตคอลการยอมรับข้อผิดพลาดของ Byzantine ความซ้ำซ้อน วิธีการเข้ารหัส การตรวจสอบ และระบบองค์ประชุม ระบบจัดเก็บข้อมูลสามารถบรรลุความยืดหยุ่นต่อพฤติกรรมที่เป็นอันตรายและตามอำเภอใจที่แสดงโดยเซิร์ฟเวอร์ Byzantine สิ่งนี้ทำให้มั่นใจในความสมบูรณ์ ความพร้อมใช้งาน และการรักษาความลับของข้อมูล แม้ว่าจะต้องเผชิญกับการโจมตีและความล้มเหลวที่ซับซ้อนก็ตาม

คำถามและคำตอบล่าสุดอื่น ๆ เกี่ยวกับ EITC/IS/ACSS ความปลอดภัยของระบบคอมพิวเตอร์ขั้นสูง:

ดูคำถามและคำตอบเพิ่มเติมใน EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security

คำถามและคำตอบเพิ่มเติม:

Tagged under: , , , , ,