رایانش ابری و افزایش امنیت اطلاعات

در حال حاضر رایانش ابری به دلیل کاهش هزینه ها، انعطاف پذیری و قابلیت توسعه بالا یکی از جذابترین فناوری های روز دنیا محسوب می شود، در حال حاضر حفاظت از کارکرد ابر در اینترنت یک چالش بزرگ محسوب می شود، در این میان امنیت اطلاعات و حفظ حریم خصوصی کابران در فضای ابر بسیار ضروری و بحرانی است. هدف از این تحقق معرفی مجازی سازی به عنوان یکی از موثرترین راهکارهای افزایش امنیت در رایانش ابری است. در این فناوری از سیستم عامل، میان افزار یا نرم افزار واسط و برنامه کاربردی یک کپی عینی گرفته می شود و به صورت پیش ساخته در یک رایانه فیزیکی یا بخشی از یک سرویس دهنده قرار داده می شود. به کمک این فناوری میتوان امنیت محاسبات ابری را با حفظ یکپارچگی ماشین های مجازی مهمان و زیر ساخت اجزای ابر را افزایش داد. مهمترین قابلیت مجازی سازی خدمات شبکه اختصاص خودکار منابع در زمان و مکان مورد نیاز به کاربران است. مجازی سازی به ارائه کنندگان ابر امکان می دهد تا انواع مختلف سیستم عامل هایی را که کاربران ابر نیاز دارند را اجرا کنند و امکان اجرای همروند سیستم عامل و سایر برنامه های کاربردی را روی یک ماشین فیزیکی می دهد.

کلمات کلیدی
رایانش ابری، امنیت در رایانش ابری، مجازی سازی، برون سپاری محاسباتی CLOUD COMPUTING VIRTUALIZATION, CLOUD SECURITY, COMPUTATION OUTSOURCING,SECURITY

1. مقدمه
با گسترش روزافزون رایانه و همچنین وابستگی بشر به دنیای دیجیتال ، محققان همواره به دنبال راهی به منظور سرعت بخشیدن و ارتقای خدمات به مشتریان خود بوده اند که امروزه پردازش ابری این امر را محقق می کند {2} . پردازش ابری یک پدیده ی نوظهور در علم رایانه است و دلیل این نامگذاری آن است که داده ها و برنامه ها در میان ابری از سرویس دهنده های وب قرار گرفته اند. بطور ساده ، پردازش ابری یعنی استفاده اشتراکی از برنامه ها و منابع در محیط شبکه ، بدون این که مالکیت و مدیریت منابع شبکه و برنامه ها برای ما مهم باشد{3} . در حال حاضر تعریف استانداردی از رایانش ابری ارائه نشده است اما با این حال تعریفی که بیشتر محققان روی آن اتفاق نظر دارند بهاین صورت است:
رایانش ابری مدلی است برای دسترسی آسان به مجموعه ای از منابع رایانشی، این منابع ( همچون شبکه ها، سرویس دهنده ها، فضای ذخیره سازی، برنامه های کاربردی و سرویس ها) قابل تغییر و پیکر بندی هستند. در رایانش ابری، مدیریت منابع و دخالت مستقیم تامین کننده به حداقل می رسد و سرویس ها به سرعت فراهم یا آزاد می شوند {3} .
همواره یک ابر یارانه ای در دو قسمت پیکربندی می شود.بخش انتهایی و بخش ابتدایی.بخش ابتدایی همان همان قسمتی است که کاربران مشاهده می کنند و در واقه اطلاعت و شکل ظاهری نرم افزار است، و بخش انتهایی همان "ابر" رایانه ای است که پردازش ها را در بر می گیرد و در واقع میتوان گفت نرم افزاری که برای ارتباط با بخش انتهایی مورد استفاده قرار می گیرد نیز جزء بخش ابتدایی است{17} .
برخی از ویژیگی های رایانش ابری برگرفته از مدلهای رایانشی دیگر ( همچون رایانش شبکه ای، رایانش خودمختار، مدل مشتری/ سرویس دهنده، رایانش همگانی، رایانش توزیع شده ، نظیر به نظیر ) است، اما متفاوت از آن ها است.
پردازش شبکه ای ، ترکیبی از پردازش موازی و پردازش ترکیب شده که در آن یک ابر رایانه مجازی و تعدادی رایانه شبکه شده به صورت هماهنگ یک پردازش بزرگ را انجام می دهند.
پردازش همگانی ، مجموعه ای از منابع محاسباتی است و در واقع محاسبه و ذخیره سازی داده ها در مقیاس عمومی و به صورت خدمات اندازه گیری انجام می شود.
در پردازش خودمختار نیز رایانه ها قابلیت خودگردان دارند.بنابراین همانطور که در بالا هم گفته شد واضح است که رایانش ابری متفاوت از این رایانش های ذکر شده است{12} .
موضوع مهمی که اخیراً در پردازش ابری مورد توجه قرار گرفته است ، "امنیت" است، اما با این حال هنوز هم امنیت در پردازش ابری یک چالش بزرگ محسوب می شود. از سوی دیگر برای برقراری و تامین امنیت بایستی به بررسی و تشخیص تهدیدات احتمالی و محافظت از فرآیند های امنیتی و پلتفرم های میزبان پرداخت{4}.
در حال حاضر یکی از مفیدترین راهکارهای حفظ امنیت در رایانش ابری، "مجازی سازی" است.مجازی سازی می تواند به عنوان یکی از مولفه های امنیتی مورد استفاده قرار گیرد، به عنوان مثال ماشین های مجازی که در اینترنت قرار دارند، در معرض بسیاری از فعل و انفعالاتی قرار دارند که فناوری مجازی سازی میتواند به فیلتر کردن آنه بپردازد.
به طور خلاصه میتوان گفت هدف از محاسبات مجازی ، بهبود استفاده از منابع به وسیله یک پلتفرم واحد، برای کاربران است{23} ، به بیان دیگر، مجازی سازی نظارت بر ماشین مجازی و همچنین امکان مدیریت سرویس پسیو شبکه دهنده ها و خوشه های پیجیده را آسانتر می کند{4} . در فناوری مجازی سازی ، از سیستم عامل ، میان افزار ( یا نرم افزار واسط) و برنامه کاربردی یک کپی عینی گرفته می شود و به صورت پیش ساخته در یک رایانه فیزیکی یا بخشی از یک سرویس دهنده قرار داده می شود، این کپی برداری به کاربران امکان می دهد تا بتوانند بیش از یک بار از یک مجوز استفاده کنند و امکانات و منابع رایانش ابری در اختیار بگیرند{17} .
در این مقاله ابتدا به بررسی اجمالی رایانش ابری و راه های ایجاد امنیت پرداخته می شود، در بخش 3 به تهیه پس زمینه ای از اطلاعات مورد نیاز برای درک بهتر نیاز به امنیت در رایانش ابری پرداخته می شود، بیش از آنکه به جزئیات مجازی سازی پرداخته می شود، در بخشهای 4،5 و 6 به کلیات بحث امنیت در رایانش ابری و برون سپاری پرداخته می شود، نهایتاً در بخش 9 نیز به نتیجه گیری این تحقیق پرداخته خواهد شد.

2. رایانش ابری

مفاهیم اساسی رایانش ابری در سال 0960 میلادی توسط"جان مک کارتی" از بنیان گذاران هوش مصنوعی ارائه شد{12} اما در آن زمان با استقبال چندانی مواجه نشد.
رایانش ابری نوعی فناوری است که با استفاده از اینترنت و سرویس دهنده (های) مرکزی، از داده ها و برنامه های نگهداری می کند و به مصرف کنندگان اجازه می دهد تا بدون آنکه هیچ یک از برنامه های کاربردی مورد نیاز خود را نصب یا آنها را خریداری کنند، از آنها استفاده کنند.
پرواضح است که هر ایده یا روش جدید، دارای مزایا و معایبی است، از جمله مزایای رایانش ابری میتوان به عدم محدودیت مکانی و زمانی، اشتراک گذاری ساده منابع و همچنین کاهش هزینه های سرمایه ای و عملیاتی (مهمترین مزیت) اشاره کرد{5} ، چرا که در واقع رایانش ابری به صورت پویا منابع مقیاس پذیری را به عنوان سرویس بر روی اینترنت ارائه می دهد. از معایب رایانش ابری نیز میتوان به امنیت پایین، عدم حفظ حریم خصوصی، دسترسی محدود به سرویس دهنده، هزینه های بالای باند، مشکلات مربوط به تغییر سرویس دهنده و آسیب پذیری در شرایط بحران اقتصادی اشاره کرد{18}.

3. امنیت ابرها
هرچند امروزه گره های ابر بسیار مورد توجه مردم قرار گرفته اند اما با این حال یکی از چالش های عمده ای که رایانش ابری با آن روبرو است، چگونگی حفاظت از داده ها و برقراری امنیت فرآیندهای کاربران است، امنیتی که در محیط ابر فراهم می شود، برای سازمان ها و افراد بسیار بسیار حائز اهمیت است، چرا که برخی سازمان ها انتقال برنامه های کاربردی مهم و داده های حساس خود را به یک محیط ابر عمومی ، یک ریسک بزرگ تلقی می کنند، بنابراین برای کاهش این نگرانی ها ، یک ارائه دهنده ابر باید این اطمینان نصب شبکه را ایجاد کند که مشتریان می توانند امنیت و کنترل حریم خصوصی خود را روی برنامه های کاربردی حفظ کنند ، پس ارائه دهندگان ابر برای متقاعد کردن مشتریان خود در مورد مسائل امنیتی بایستی اقداماتی را انجام دهند، از جمله می توان به " موافقت نامه سطح سرویس اشاره نمود. این موافقت نامه سندی است که ارتباط بین ارائه دهنده و دریافت کننده را مشخص می کند و در حقیقت یک توافق حقوقی بین ارائه دهنده سرویس و مشتری است.{18}
مواردی که در خصوص جلب رضایت و اطمینان مشتری در موافقت نامه مطرح می شود، به شرح زیر می باشد{18}
شناسایی و تعریف نیاز های مشتری
ساده سازی مسائل پیچیده
کاهش زمینه های تعارض بین کاربران
تشویق به گفت و گو در مورد برخوردها و اختلافات
حذف انتظارات غیر واقعی
ارائه جارجوبی برای درک راحتر
شکل 1- لایه های موجود در رایانش ابری



همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است، برای پیاده سازی مجازی سازی، رویه و کنترل رایانش ابری، اهمیت"امنیت" در حوزه های ریسک پذیر و بحرانی، برابر 7.91 درصد است.در {24} نشان داده شده است که محیط مجازی ابرها به اندازه کافی ایمن و قابل اعتماد هستند. اگرچه ریسک های دیگر این محیط نیز اهمیت دارند ولی در این تحقیق ابتدا روی ریسکهای امنیتی تمرکز می شود.

در رایانش ابری، ابرها همگی از یک نوع نیستند ، بلکه ابرها به انواع مختلفی تقسیم شده اند. بر اساس اینکه ابرها از چه نوعی هستند، در سرویس دهی با هم متفاوتند، 3 سرویس برجسته ای که در یارانش ابری استفاده می شود به شرح زیر می باشد که در شکل 1 نیز تصویر شده است:

زیر ساخت- به عنوان یک سرویس (LASS)
پلتفرم- به عنوان یک سرویس(paas)
نرم افزار- به عنوان یک سرویس(SaaS)
جدول 1 – حوزه های ریسک پذیر و بحرانی در مجازی سازی و رایانش ابری{24}
حوزه ریسک پذیر درصد بحرانی بودن (%) درصد اهمیت (%) درصد عدم (%)
امنیت 91.7 8.3 0
مدیریت عملیات ها 41.7 58.3 0
مدیریت تغییرات 41.7 50 8.3
حوادث و سوانح 66.7 33.3 0
مدیریت سطح سرویس 41.7 41.7 16.7
مدیریت واسط 8.3 50 41.7
آیین نامه و قوانین 33.3 41.7 25

1-3 زیر ساخت امن- به عنوان یک سرویس
این مدل به کاربران اجازه می دهد که پتانسیل محاسباتی، فضای ذخیره سازی، اجزای شبکه و سایر منابع را در یک محیط مجازی اجازه کرده و از آنها استفاده کنند.مدیریت و یا کنترل زیرساخت های ابر به عهده کاربر نمی باشد اما کاربر روی فعالیت های سیستم عامل؛ عملیات ذخیره سازی، برنامه های کاربردی منتشر شده و برخی اجزای شبکه کنترل دارد. Amazon s Elastic compute cloud یا به اختصار EC2 مثال خوبی از Iaas است.
EC2 سرویس هایی را در وب فراهم می کند که اندازه گیری مجدد در محاسبه ابر را فراهم می کند، این قابلیت به توسعه دهندگان این امکان را می دهد که محاسبات را به صورت ساده تر انجام دهند.یکی از مهمترین ویژگی های EC2 این است که زمان مورد نیاز برای بوت شدن سرویس دهنده های جدید را بسار کاهش میدهد، در واقع دلیل این کاهش در این است که وقتی شما محاسباتتان نیاز به تغییرات زیاد دارد، آمازون الاستیک این امکان را به شما میدهد تا ظرفیت خود را به اندازه مورد نیاز بالا و پایین بیاورید{22}.


2-3 پلتفرم های نرم افزاری- به عنوان یک سرویس
پلتفرم های نرم افزاری در بالای لایه زیر ساخت امن، برای یکپارچه سازی سیستم ها و پشتیبانی از میان افزارهای مجازی سازی ساخته شده است. چنین پلتفرم هایی به کاربران اجازه بکارگیری برنامه های کاربردی نرم افزاری که ساخت خود کاربر است را، بر روی زیرساخت های ابر با استفاده از زبان های برنامه نویسی پشتیبانی شده توسط ارائه دهنده و ابزارهای نرم افزاری مثل جاوا ، PYTHON و یا NET را می دهند. نکته حائز اهمیت این است که کاربر زیرساخت های ابر را مدیریت نمی کند{16}.


3-3 نرم افزار- به عنوان سرویس
این سرویس از یک نرم افزار کاربردی کامل ، برای خدمت به هزاران مشتری ابر استفاده می کند، لازم به ذکر است هیچ یک از این مشتریان هیچگونه هزینه ای چشم گیری در استفاده از سرویس دهنده ها و یا گرفتن مجوز برای استفاده از نرم افزار را نمی پردازند.از جمله وظایفی که این سطح بر عهده دارد میتوان به حفظ امنیت تراکنش ها و رعایت حق کپی رایت برای محافظت از حقوق معنوی مالک داده اشاره کرد.لازم به ذکر است برای حفظ مالکیت داده ها و حریم خصوصی کاربر روشهایی همچون رمزنگاری و رنگ آمیزی داده ها پیشنهاد شده است{16}. اغلب ارایه دهندگان سرویس های پردازش ابری،سرویس هایی را ارائه میدهند که در چند لایه ی معماری سیستم رده بندی شوند{12} ، اما بنا بر توضیحات بالا متوجه می شویم که هر لایه وظیفه خاصی را برعهده دارد، اما نکته بسیار مهم این است که همه آنها میتوانند به صورت یک سرویس واحد کار کنند و یا حتی از یک یا چند سرویس دهنده استفاده کنند{7} .

4. امنیت در برون سپاری محاسباتی
یکی دیگر از خدمات اساسی و فعال که در الگوریتم رایانش ابری وجود دارد محاسبات برون سپاری است. با برون سپاری کار ها در رایانش ابری ، قدرت محاسباتی کاربران، دیگر به منابع و دستگاه ها محدود نمی شود، بلکه آن ها میتوانند به معنای واقعی از منابع نامحدود محاسباتی ابر بدون آنکه هیچ هزینه هنگفته ای را متحمل شده باشند استفاده کنند.بهرحال این مساله میتواند خطرات امنیتی زیادی را برای اطلاعات و همچنین محاسبات داشته باشد ،البته کاربران این خطر را زمانی بیبیشتر احساس میکنند که داده های شان شامل اطلاعات حساس از جمله سوابق مالی یک کار،داده های یک تحقیق خصوصی و غیره باشد.{8} .
یک مساله ای که در محاسبات برون سپاری شده برای کاربران قابل تامل است این است که کاربران از نحوه عملکرد ابر آگاه نیستند و جزییات عملیات برای آنها شفاف نیست بنابراین ممکن است کاربران به سختی میکروتیک به رایانش ابری اعتماد کنند پس در نتیجه ما نیاز به یک مکانیزم در برون سپاری داریم که از اطلاعات ما محافظت کند و به ما اطنینانی در خصوص صحت اطلاعات برگرئانده شده بدهد این مساله دشوار است اما راه حلی که ارائه شده است باید دارای خصوصیات زیر باشند اولا باید در شرایطی که محاسبات پیچیده است راه حلی که ارائه می شود عملاً امکان پذیر باشد ثانیاً باید مسائل امنیتی را بدون محدود کردن پیش فرض های سیستم رایانش ابری تضمین کرد.این بدین معنی است که باید تعادل مناسبی بین تضمین های امنیتی و عملکرد وجود داشته باشد {8} رایانش ابری در مورد مسائل امنیتی شش مورد را بررسی می کند{18} که در جدول 2 شده اند.


5. امنیت در محاسبات ابری
یکی از مسائل کلیدی که ممکن است در پردازش ابری (شکل 2) به وجود بیاید از دست دادن کنترل است.به عنوان مثال کاربر خدمات (SU ) نمی داند که دقیقاً اطلاعات او در کجای ابر ذخیره و پردازش می شود چرا که داده ها از طریق اینترنت میتوانند به راحتی از مرز های بین المللی عبور کند در نتیجه می تواند به سیستم هایی که US نمی تواند به طور مستقیم آنها را کنترل کند مهاجرت کنند بنابراین این مساله میتواند منجر به تهدید های امنیتی بیشتری شود. از سوی دیگر نتیجه ای که از این مساله میتوان گرفت این است که گره های ابر، نسبت به حملات اینترنتی آسیب پذیرند چرا که در واقع ابر یک اینترنت است و بطور کاملتر، ما تنها از طریق اینترنت است که می توانیم به ابر دسترسی پیدا کنیم.

جدول 2- آیتم های امنیتی در رایانش ابری
آیتم امنیتی شرح
دسترسی کاربر ممتاز با توجه به نوع کاربر، مسائل مربوط به مالکیت داده ها را شامل می شود.
رعایت مقررات کاربران به انتخاب خود می تواند یکی از ارائه دهندگانی را که سطوح امنیت شان قبلا مورد بررسی قرار گرفته است را انتخاب کنند
مکان داده بستگی به نوع موافقت نامه دارد، برخی از کاربران ممکن است هیچگاه ندانند که کدام کشور و با چه صلاحیتی داده های آنها را ذخیره کرده است
تجزیه داده ممکن است اطلاعات رمزنگاری شده چندین شرکت در یک فضا ذخیره شود، بنابراین باید مکانیزمی توسط ارائه دهندگان در نظر گرفته شود که بتواند این داده ها را جداسازی کند
بازیابی هر ارائه دهنده برای حفاظت از داده های کاربر، باید یک پروتکل بازیابی داشت باشد
پشتیبانی تحقیقی اگر یک کاربر، فعالیت خطایی را از سوی ارائه دهنده تشخیص دهد، ممکن است راه های قانونی زیادی برای انجام بازرسی وجود نداشته باشد

شکل 2- لایه های ابر و سیستم حفاظت ابر



6. چرا مجازی سازی؟
همانطور که گفتیم مجازی سازی یکی از عناصر بسیار مهم در پردازش ابری محسوب می شود. به کمک این فناوری از سیستم عامل، میان افزار و یا نرم افزار واسط و برنامه کاربردی یک کپی عینی گرفته می شود و به صورت پیش ساخته در یک رایانه فیزیکی یا بخشی از یک سرویس دهنده قرار داده می شود. فناوری مجازی سازی به کمک سازمان فناوری اطلاعات به بهینه سازی عملکرد برنامه ها می پردازد که این روش شیوه ای به صرفه ای برای خریداران و مشتریان است. مجازی سازی واژه ای است که اشاره به انتزاع از منابع کامپیوتر دارد و در واقع می توان گفت هدف محیط محاسبات مجازی، بهبود استفاده از منابع به وسیله پلتفرم واحد برای کاربران است.
اروزه بیشتر توجهات در مجازی سازی حول سرویس دهنده ه های مجازی می باشد چرا که سرویس دهدنده های مجازی باعث میزان قابل توجهی صرفه جویی می شود. کلمه VM به رایانه نرم افزار اشاره دارد که شبیه به یک رایانه فیزیکی است و وظیفه آن را می توان سیستم عامل و برنامه های کاربردی بیان کرد. سیستم عاملی که روی ماشین مجازی (VM) قرار گرفته است را سیستم عامل مهمان می نامند و همچنین یک لایه ای وجود دارد که مانیتور VM یا مدیر (VMM) نامیده شده است که وظیفه آن کنترل زیر سیستم های مجازی دیگر است.

شکل 3- سیستم عامل مبتنی بر مجازی سازی



7. تأمین امنیت به وسیله مجازی سازی
امروزه مجازی سازی یکی از راه حل هایی است که برای تأمین امنیت در پردازش ابری به کار گرفته می شود . پذیرش و انتشار پردازش توسط مسائل امنیتی تهدید می شود . بنابراین این باعث می شود هم ارائه دندگان شبکه وایرلس ابر هم کاربران ابر تحت تأثیر این مسأله قرار بگیرند. یکی از روشهای مجازی سازی برای تأمین محاسبات ابری، حفظ یکپارچگی ماشین های مجازی مهمان و یزرساخت است. این بدین معنی است که یک سیستم حفاظتی ابر پیشرفته با هدف تضمین امنیتی مضاعف برای منابع ابر پیشنهاد شده است. ACPS را می توان بر چندین راه حل ابری و در حالی که هنوز به طور کامل برای ماشین های مجازی و کاربران ابر نارمئی است مستقر کرد که این مسأله می تواند به طور مأثر بر یکپارچگی مهمان و اجزای زیرساخت نظارت کند. ACPS می تواند به نقض های امنیتی محلی واکنش نشان دهد و همچنین لایه های مدیریتی بالاتر را از چندین رویدادهایی مطلع سازد.

8. نتیجه گیری
مجازی سازی که یکی از ارکان اصلی رایانش ابری است که به عنوان یکی از راه حل های در نظر گرفته شده برای تضمین امنیت، داده های موجود در رایانش ابری به کار گرفته شده است . در حال حاضر حفاظت از کارکرد ابر در اینترنت یک چالش بزرگ محسوب می شود یکی از راه حل هایی که برای امنیت داده ها در رایانش ابری به کار گرفته می شود مجازی سازی است به کمک این فناوری می توان امنیت محاسبات ابری را با حفاظت یکپارچگی ماشین های مجازی مهمان و زیرساخت اجزاری ابر را افزایش داد. این معماری باعث شده است امنیتی مضاعف برای منابع ابر ایجاد شود.در اکثر معماری های موجود از مجازی سازی به نحوی استفاده کرده اند چرا که ارائه دهندگان ابر نیازمند آن هستند که داده های شخصی را که سازمان ها و کاربران با آنها محول کرده اند را از نظر حریم خصوصی حفاظت کنند. در ابر عمومی لازم است که مصرف کنندگان و شهروندان از این امر اطمینان حاصل کنند که امنیت و حریم خصوصی آنها به خطر نمی افتاد بنابراین ارائه دهندگان ابر برای متقاعد کردن مشتریان خود در مورد مسائل امنیتی ، می توانند موافقت نامه سطح سرویس خود را نشان دهند.در این تحقیق به بررسی یکی از مهمترین اابزارهاییی که هم اکنون برای بهبود امنیت سیستم عامل به کار گرفته شده است پرداخته شد. راهکار مجازی سازی تقریبا در تمامی سیستم های رایانش ابری از اجزای اصلی محسوب می شود. چرا که مهمترین قابلیت مجازی سازی اختصاص خودکار نابع در زمان و مکان مورد نیاز به کاربران است . مجازی سازی به ارائه کنندگان ابر امکان می دهد تا انعواع مختلف سیستم عامل هاایی را که کاربران ابر نیاز دارند را اجرا کنند و امکان اجرای همروند روی یک ماشین را به سیستم عامل و سایر برنامه های کاربردی موجود در ابر می دهد.