Virtualizzazione e Privacy

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1 Virtualizzazione e Privacy

2 Outline Virtualizzazione Paravirtualizzazione e Xen Virtualizzazione e anonimato (Mix Network) Virtualizzazione e privacy Isolamento servizi utente Virtual Service Domains

3 Virtualizzazione Def: [..] a framework or methodology of dividing the resources of a computer into multiple execution environments, by applying one or more concepts or technologies such as hardware and software partitioning, time-sharing, partial or complete machine simulation, emulation, quality of service, and many others. Più semplicemente: Definisce ed implementa un livello di astrazione rispetto all'hardware.

4 Virtualizzazione (cont.) Nota fin dagli anni '60. Un modo per astrarre dall'implementazione hardware verso i linguaggi di alto livello. Nel corso degli anni il termine ha assunto svariate accezioni. Oggi molto utilizzata in diverse forme.

5 Virtualizzazione (cont.) Tre tipi fondamentali di virtualizzazione: Full virtualization Emula completamente l'hardware (bios, processori,...) Es: Vmware Operating System-level virtualization (o SKI, Single Kernel Image) L'OS master si duplica in memoria, l'os guest esegue lo stesso kernel solo che quest'ultimo non viene rimandato in esecuzione. Es: Zone di Solaris Paravirtualizzazione Sintesi delle prime due. La macchina virtuale non simula l'hardware in toto, ma offre specifiche API all'os guest. Es: Xen

6 Paravirtualizzazione Offre alle macchine virtuali un'interfaccia software all'hardware simile ma non identica al sottostante strato fisico. Gestisce le risorse hardware destinate alle varie VM grazie a una libreria di chiamate (Virtual Hardware API) che implementa una semplice astrazione delle periferiche.

7 Paravirtualizzazione (cont.) Vantaggi: Molto più leggera della full virtualization. Piu sicuro delle zone di solaris perchè un secondo kernel viene caricato in memoria e un programma non puo uscire dalla memoria del kernel. Svantaggi: Occorre necessariamente modificare il kernel ed i driver degli OS ospite per renderli compatibili con la Virtual Hardware API del sistema di virtualizzazione utilizzato.

8 Virtual Machine Monitor Noto anche come Hypervisor. E' il componente centrale di un sistema basato su macchine virtuali. Svolge attività di controllo al di sopra di ogni sistema. Controlla ed eventualmente interrompe attività pericolose. Alloca le risorse in modo dinamico ai vari OS guest.

9 Xen E' un VMM open source. E' una soluzione certificata. Adotta la strategia di paravirtualizzazione. OS guest al momento supportati: Linux (2.4 e 2.6), NetBSD 2.0.

10 Xen (cont.) Struttura: Appl 1 Appl m Appl x Appl y DomainU 1 (Linux 2.4) DomainU 2 (Linux 2.6) DomainU n (NetBSD 2.0) Domain 0 (Xen Hypervisor) Hardware

11 Virtualizzazione e anonimato Può essere utilizzata per il raggiungimento dell'anonimato. Vedremo un'applicazione alle Mix Network.

12 Mix Network Protocollo ideato da David Chaum negli anni '80 Rende difficile tracciare una comunicazione. Fa uso di una serie di nodi come intermediari. Ciascun messaggio viene criptato a diversi livelli (come una matryoshka, o cipolla (onion routing) ). L'applicazione pratica più diffusa di tale protocollo è Tor.

13 Architettura TTP User A User B

14 Protocollo L'utente A per comunicare in modo anonimo con l'utente B deve: Ricevere dalla TTP una lista di certificati dei nodi intermedi. Selezionare dalla lista n nodi e negoziare con questi ultimi delle chiavi di sessione. Codificare a livelli il messaggio e inviarlo al primo nodo.

15 Comunicazione Utente TTP Agenti Qualunque utente A, Trusted Third Part TTP. Precondizioni A si fidi di TTP. Goal A ottenga da TTP una lista di certificati fresca. A TTP : {A, N 1 }k TTP TTP A : { CertList, N 1 }k -1 TTP

16 Negoziazione chiavi Ottenuta la lista dei certificati, l'utente A seleziona in modo random n nodi dall'elenco. Per ogni nodo selezionato (TN) è necessario negoziare una chiave. Agenti Utente A, Trusted Node TN. Precondizioni A abbia il certificato di TN. Goal TN e A negozino la chiave k ATN. A TN : { A, N 2, k ATN }k TN TN A : { TN, N 2 }k ATN

17 Possibili Attacchi DoS su TTP DoS TTP User A User B

18 Possibili Attacchi (cont.) DoS su un qualsiasi TN TTP User A User B DoS

19 Possibili Attacchi (cont.) Buffer Overflow su un qualsiasi TN Buffer Overflow TTP User A User B Per prevenire questo tipo di attacco la virtualizzazione può esserci d'aiuto!

20 Architettura TN VM con kernel Linux 2.6 hardenizzato e minimizzato. All'interno gira l'applicazione TN che si occupa di gestire una sola richiesta di un utente. Portato a termine il suo compito la VM viene distrutta e una nuova viene ricreata dal domain 0. TN TN TN Un buffer overflow su una VM comprometterà soltanto la VM stessa, lasciando così integro il resto del sistema. DomainU 1 (Linux 2.6) DomainU 2 (Linux 2.6) Domain 0 (Xen Hypervisor) Hardware DomainU n (Linux 2.6)

21 Virtualizzazione e privacy Abbiamo visto le potenzialità della virtualizzazione. Le possiamo sfruttare per garantire privacy a un singolo utente per poi estenderle a un intero dominio.

22 Isolamento servizi utente Un' idea potrebbe essere quella di isolare le applicazioni utente in base alle credenziali utilizzate. Potremmo inoltre estendere tale architettura inserendo degli Intrusion Detection Systems (IDS) in diversi livelli. Credenziali: pseudonimo password Credenziali: nome cognome n carta di cr. È difficile che un attaccante possa compromettere contemporaneamente uno dei DomainU e il Domain 0. Se un IDS riscontra delle intrusioni o anche se semplicemente i dati rilevati da un IDS di un DomainU non sono coerenti con quelli rilevati al livello sottostante, il Domain 0 potrà prendere le iniziative necessarie al fine di limitare i danni. Appl 1 Appl 2 Appl 3 Appl 4 DomainU 1 DomainU 2 IDS IDS IDS Domain 0 Hardware

23 VSD SP1 User C VSD 2 VSD 1 User A User B

24 Conclusioni Agli albori dell'informatica i calcolatori erano semplicemente un ammasso di circuiti e valvole. Si è cercato di astrarre dall'hardware per approdare ai linguaggi di alto livello, creando, una sull'altra, delle macchine virtuali che fornissero un livello di astrazione sempre più alto. Tutto ciò a scapito delle performance! Ma le performance sono in rapidissimo aumento (legge di Moore), l'affidabilità dei sistemi no. In quest'ottica, la virtualizzazione, già diffusa nei nostri giorni, sicuramente conoscerà un rapido sviluppo e una capillare diffusione. Perché non sfruttarne allora i benefici che essa ci offre dal punto di vista della sicurezza e della privacy?