מהם שרתים ביזנטיים, וכיצד הם מהווים איום על אבטחת מערכות האחסון?
שרתים ביזנטיים הם מושג שנגזר מבעיית הגנרלים הביזנטים, הממחיש את האתגרים של השגת קונצנזוס במערכות מחשוב מבוזרות שבהן רכיבים עלולים להיכשל ויש מידע לא מושלם. בהקשר של מערכות אחסון, שרתים ביזנטיים מייצגים צמתי אחסון שעלולים להפגין התנהגות שרירותית או זדונית, כולל שליחת מידע סותר לחלקים שונים של המערכת, אי תגובה או ניסיון אקטיבי להשחית או לתפעל נתונים. התנהגות זו מהווה איומים משמעותיים על האבטחה והאמינות של מערכות אחסון, במיוחד אלו הנשענות על ארכיטקטורות מבוזרות.
בעיית הגנרלים הביזנטים, שהוצגה לראשונה על ידי לסלי למפורט, רוברט שוסטק ומרשל פיז ב-1982, מתארת תרחיש שבו קבוצת גנרלים חייבת להסכים על אסטרטגיה משותפת כדי למנוע כישלון. עם זאת, חלק מהגנרלים עשויים להיות בוגדים, המספקים מידע כוזב כדי למנוע הסכמה. בתרגום זה למערכות מחשב, תקלות ביזנטיות מתייחסות לתקלות שרירותיות שיכולות להתרחש בכל חלק של המערכת, לרבות באגים בתוכנה, כשלי חומרה או התקפות זדוניות.
במערכות אחסון, שרתים ביזנטיים יכולים לערער את השלמות, הזמינות והסודיות של הנתונים. איומים אלה יכולים להיות מסווגים כדלקמן:
1. איומי יושרה: שרתים ביזנטיים יכולים להשחית נתונים המאוחסנים במערכת. השחיתות הזו יכולה להיות עדינה, כמו שינוי של כמה פיסות נתונים, או חמורה יותר, כמו החלפה מלאה של הנתונים במידע שקרי. האתגר הוא ששרתים ביזנטיים יכולים להתנהג בצורה נכונה רוב הזמן, מה שמקשה על זיהוי שחיתות באופן מיידי. לדוגמה, במערכת קבצים מבוזרת, אם שרת ביזנטי משנה את התוכן של קובץ, לקוחות אחרים שניגשים לאותו קובץ עלולים לקבל נתונים שגויים, מה שיוביל לאובדן נתונים פוטנציאלי או שגיאות יישום.
2. איומי זמינות: שרתים ביזנטיים יכולים לשבש את זמינות הנתונים על-ידי סירוב להגיב לבקשות או מתן תגובות מושהות. במערכת אחסון מבוזרת, אם תת-קבוצת שרתים הופכת לביזנטית, זה יכול להוביל למצב שבו המערכת לא יכולה להשיג את המניין הדרוש לביצוע פעולות קריאה או כתיבה, ולמעשה להפוך את הנתונים ללא נגישים. לדוגמה, בשירות אחסון בענן, אם מספר צמתי אחסון לא מגיבים עקב התנהגות ביזנטית, המשתמשים עלולים לחוות עיכובים משמעותיים או חוסר יכולת מוחלטת לגשת לנתונים המאוחסנים שלהם.
3. איומי סודיות: שרתים ביזנטיים יכולים להדליף מידע רגיש לגורמים לא מורשים. זה יכול להתרחש אם השרת נפגע על ידי תוקף אשר לאחר מכן מסנן נתונים או אם השרת חולק נתונים בכוונה עם ישויות לא מורשות. בתרחיש שבו מאוחסנים מידע אישי רגיש או נתונים עסקיים קנייניים, הפרות כאלה עלולות להוביל להפרות פרטיות חמורות ולהפסדים כספיים.
כדי להפחית את הסיכונים הנשקפים משרתים ביזנטיים, פותחו מספר אסטרטגיות ופרוטוקולים. אלו כוללים:
- פרוטוקולים של סובלנות תקלות ביזנטית (BFT).: פרוטוקולים אלה נועדו להשיג קונצנזוס בנוכחות תקלות ביזנטיות. אחד מפרוטוקולי ה-BFT הידועים ביותר הוא Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), המאפשר למערכת מבוזרת לסבול עד שליש מהמרכיבים שלה שהם ביזנטיים. PBFT פועל על ידי קיום מספר העתקים של הנתונים ודורש מספר מסוים של העתקים כדי להסכים על מצב הנתונים לפני כל פעולה נחשבת למחויבת. זה מבטיח שגם אם חלק מהעותקים הם ביזנטיים, המערכת עדיין יכולה לתפקד כהלכה.
- קידוד מחיקה ויתירות: על ידי שימוש בקידוד מחיקה ואחסון נתונים מיותר על פני מספר שרתים, מערכות אחסון יכולות לסבול תקלות ביזנטיות. קידוד המחיקה מפרק נתונים לרסיסים ומקודד אותם במידע מיותר, כך שגם אם חלק מהקטעים פגומים או אבדו, ניתן לשחזר את הנתונים המקוריים. גישה זו מגבירה את סבילות התקלות ומבטיחה זמינות נתונים למרות נוכחותם של שרתים ביזנטיים.
- טכניקות קריפטוגרפיות: שימוש בשיטות הצפנה כגון חתימות דיגיטליות ופונקציות גיבוב יכול לסייע באיתור ומניעת השחתת נתונים על ידי שרתים ביזנטיים. לדוגמה, לקוחות יכולים לחתום על הנתונים שלהם לפני אחסונם, ושרתי אחסון יכולים לאמת את החתימות בעת האחזור. כל שינוי על ידי שרת ביזנטי יביא לאי התאמה בחתימה, שיתריע בפני המערכת על שחיתות אפשרית.
- ביקורת ומעקב: ביקורת וניטור קבועים של שרתי אחסון יכולים לסייע בזיהוי התנהגות ביזנטית. על ידי אימות מתמשך של שלמות וזמינות הנתונים, מערכות אחסון יכולות לזהות ולבודד שרתים ביזנטיים. ניתן להשתמש בטכניקות כמו פרוטוקולי תגובה לאתגר, שבהם על השרתים להוכיח שהם עדיין מחזיקים בנתונים הנכונים, כדי להבטיח את שלמות הנתונים.
- מערכות שכפול וקוורום: שכפול נתונים על פני מספר שרתים ושימוש בגישות המבוססות על מניין לפעולות קריאה וכתיבה יכולים להפחית את ההשפעה של תקלות ביזנטיות. מערכת קוורום דורשת ממספר מסוים של שרתים להסכים על פעולה לפני ביצועה. זה מבטיח שגם אם חלק מהשרתים הם ביזנטיים, הם לא יכולים לשבש לבד את פעולת המערכת.
דוגמה ליישום מעשי של סובלנות תקלות ביזנטית היא פלטפורמת הבלוקצ'יין Hyperledger Fabric, המשתמשת בגרסה של PBFT כדי להשיג קונצנזוס בין הצמתים שלה. במערכת זו, עסקאות מוצעות על ידי לקוחות, מאושרות על ידי תת-קבוצה של עמיתים, ולאחר מכן מסומנות ומאומתות על ידי מנגנון קונצנזוס שסובל תקלות ביזנטיות. זה מבטיח שגם אם חלק מהעמיתים הם זדוניים או פגומים, השלמות והעקביות של הבלוקצ'יין נשמרות.
דוגמה נוספת היא Spanner של גוגל, מסד נתונים מבוזר גלובלי המשתמש בשילוב של שכפול, מערכות מניין ושעונים מסונכרנים כדי להשיג זמינות גבוהה ועקביות. למרות שלא תוכננה במפורש לסובלנות תקלות ביזנטית, הארכיטקטורה של Spanner מספקת חוסן בפני סוגים מסוימים של תקלות ומבטיחה שלמות נתונים וזמינות על פני מרכזי נתונים מפוזרים גיאוגרפית.
הנוכחות של שרתים ביזנטיים במערכות אחסון מחייבת גישה מקיפה לאבטחה המשלבת טכניקות ופרוטוקולים מרובים. על ידי שימוש בפרוטוקולי סובלנות תקלות ביזנטיים, יתירות, שיטות הצפנה, ביקורת ומערכות קוורום, מערכות אחסון יכולות להשיג עמידות בפני ההתנהגות השרירותית והזדונית שמפגינים שרתים ביזנטיים. זה מבטיח את השלמות, הזמינות והסודיות של הנתונים, גם מול התקפות וכשלים מתוחכמים.
שאלות ותשובות אחרונות אחרות בנושא אבטחת מערכות מחשב מתקדמות EITC/IS/ACSS:
- מה הם חלק מהאתגרים והפשרות הכרוכים ביישום חומרה ותוכנה למניעת התקפות תזמון תוך שמירה על ביצועי המערכת?
- איזה תפקיד ממלא מנבא הענפים בהתקפות תזמון CPU, וכיצד יכולים התוקפים לתמרן אותו כדי להדליף מידע רגיש?
- כיצד תכנות בזמן קבוע יכול לעזור להפחית את הסיכון של תזמון התקפות באלגוריתמים קריפטוגרפיים?
- מהו ביצוע ספקולטיבי, וכיצד הוא תורם לפגיעות של מעבדים מודרניים לתזמון התקפות כמו Spectre?
- כיצד מנצלות התקפות תזמון שינויים בזמן הביצוע כדי להסיק מידע רגיש ממערכת?
- במה המושג של עקביות מזלג שונה מעקביות אחזור-שינוי, ומדוע עקביות מזלג נחשבת לעקביות החזקה ביותר שניתן להשיג במערכות עם שרתי אחסון לא מהימנים?
- מהם האתגרים והפתרונות הפוטנציאליים ליישום מנגנוני בקרת גישה חזקים כדי למנוע שינויים לא מורשים במערכת קבצים משותפת בשרת לא מהימן?
- בהקשר של שרתי אחסון לא מהימנים, מהי המשמעות של שמירה על יומן פעולות עקבי וניתן לאימות, וכיצד ניתן להשיג זאת?
- כיצד טכניקות הצפנה כמו חתימות דיגיטליות והצפנה יכולות לעזור להבטיח את השלמות והסודיות של נתונים המאוחסנים בשרתים לא מהימנים?
- כיצד פרוטוקולים כמו STARTTLS, DKIM ו-DMARC תורמים לאבטחת דוא"ל, ומהם התפקידים שלהם בהגנה על תקשורת דוא"ל?
צפה בשאלות ותשובות נוספות ב-EITC/IS/ACSS Advanced Computer Systems Security