Thesis/Chapters/1.Introduction.tex

\chapter{Εισαγωγή} \label{introduction}

\hyphenation{πολλαπλών}

\noindent Παραδοσιακά, όταν ένας χρήστης/εταιρεία επιθυμούσε να διαθέτει μια
υπηρεσία στο ευρύ κοινό θα έπρεπε να επενδύσει ένα κατάλληλο κεφάλαιο για την
αγορά σχετικού εξοπλισμού. Σε περίπτωση που η υπηρεσία αυτή τύγχανε ευρείας
αποδοχής, καθίστατο επιτακτική η ανάγκη της επέκτασης του υφιστάμενου
εξοπλισμού αλλά και της εγκατάστασης όλων των αναγκαίων πόρων λογισμικού
(βάσεων δεδομένων (Databases), λογισμικό της υπηρεσίας, αρχείων ρυθμίσεων,
κ.λπ.) στα νέα κομμάτια εξοπλισμού που αγοράσθηκαν. Η παραπάνω διαδικασία
απαιτούσε επιπλέον κεφάλαιο και αρκετές εργατοώρες προκειμένου να γίνει πράξη.
Επιπρόσθετα, η λειτουργία του εξοπλισμού και η συντήρησή του είχε κι αυτή ένα
σημαντικό κόστος.

Στις αρχές του 2000 ο τρόπος διεξαγωγής της παραπάνω διαδικασίας άλλαξε ριζικά
όταν η Amazon, ψάχνοντας τρόπους να κλιμακώσει τις υπηρεσίες που προσέφερε στον
τομέα του ηλεκτρονικού εμπορίου (e-commerce), δημιούργησε την θυγατρική της,
AWS (Amazon Web Services). Η AWS άρχισε να προσφέρει υπηρεσίες
νεφο-υπολογιστικής (Cloud Computing Services) και συγκεκριμένα, την EC2
(Elastic Compute Cloud), μια υπηρεσία τύπου IaaS (Infrastructure as a Service)
(Υποδομή ως Υπηρεσία). Πρόκειται για την πρώτη υπηρεσία ενοικίασης
υπολογιστικών πόρων προς αξιοποίηση από οργανισμούς και επιχειρήσεις
προκειμένου να επιταχυνθεί η διαδικασία διάθεσης των δικών τους υπηρεσιών. Αυτό
το μοντέλο λειτουργίας παρέχει πολλά πλεονεκτήματα, όπως το μικρότερο κόστος
εκκίνησης διάθεσης υπηρεσιών, η διευκόλυνση κλιμάκωσής τους (είτε οριζόντιας
όπου μοιράζεται ο φόρτος εργασίας σε παραπάνω διακομιστές είτε κάθετης κατά την
οποία ένας διακομιστής αναβαθμίζεται με ισχυρότερες προδιαγραφές
\cite{cloudzeroScalability}) και η απαλλαγή ευθύνης σχετικά με την συνεχή
λειτουργία του εξοπλισμού στον οποίο στεγάζονται.

Λόγω της ευρείας αποδοχής των υπηρεσιών IaaS της AWS και των πολλών
πλεονεκτημάτων που αυτές παρέχουν, πολλές άλλες εταιρείες, όπως η Google, IBM
και Microsoft, άρχισαν να προσφέρουν και αυτές υπηρεσίες του ίδιου τύπου.
Σήμερα, ο μέσος καταναλωτής έχει στην διάθεσή του μια πληθώρα εταιρειών που
προσφέρουν υπηρεσίες νεφο-υπολογιστικής και μάλιστα μερικές από αυτές, όπως η
Linode, Vultr και Digital Ocean, προσφέρουν ως την κύρια υπηρεσία τους τη
δυνατότητα διάθεσης υπολογιστικών πόρων στους χρήστες με τη μορφή ενοικίασης
εικονικών μηχανών (Virtual Machines - VMs).

\section{Ασφάλεια Περιβαλλόντων Νέφους} \label{cloudComputingSecurity}

Η ασφάλεια των περιβαλλόντων νέφους είναι ένα θέμα που απασχολεί πολύ τους
χρήστες και ακόμα περισσότερο τις επιχειρήσεις που βασίζονται σε υπηρεσίες
νεφο-υπολογιστικής για την διάθεση των δικών τους υπηρεσιών. Η επίτευξη
κατάλληλου επιπέδου ασφάλειας εξαρτάται από τρεις βασικούς παράγοντες. Ο πρώτος
είναι η ασφάλεια των υποδομών νέφους, όπου στην περίπτωση χρήσης υπηρεσιών IaaS
υπεύθυνος είναι ο πάροχος νέφους. Ο δεύτερος παράγοντας είναι η ασφάλεια των
τεχνολογιών εικονικοποίησης που χρησιμοποιούνται, όπου υπεύθυνος είναι εν μέρει
ο πάροχος για τις τεχνολογίες που επέλεξε προκειμένου να διαθέσει τους
απομακρυσμένους (εικονικούς) διακομιστές του και ο τελικός χρήστης εφόσον
προβεί στην χρήση τεχνολογιών δοχείων (containers) (δηλ. ένα είδος τεχνολογίας
εικονικοποίησης). Ο τρίτος και τελευταίος παράγοντας είναι οι ενέργειες στις
οποίες οφείλει να προβεί ο χρήστης προκειμένου να διατηρήσει ή να ενισχύσει την
ασφάλεια της υπηρεσίας του (που θα φιλοξενείται σε μια υποδομή νέφους) σύμφωνα
με τις ανάγκες του.

Όταν επιλέξει ένας χρήστης να δημιουργήσει εικονικές μηχανές μέσω μιας από τις
διαθέσιμες πλατφόρμες IaaS, προς διευκόλυνσή του η διαδικασία γίνεται και μέσω
γραφικού περιβάλλοντος της μορφής Point and Click. Στις εικονικές μηχανές που
προσφέρονται, τις περισσότερες φορές διατίθενται διάφορες διανομές λειτουργικού
συστήματος Linux, οι οποίες ενδέχεται να έχουν εγκατεστημένα και ρυθμισμένα εκ
των προτέρων διάφορα λογισμικά, όπως το σύστημα διαχείρισης βάσεων δεδομένων
MySQL \footfullcite{mysql} και ο διακομιστής ιστού nginx \footfullcite{nginx}.
Με αυτό τον τρόπο, η διαδικασία δημιουργίας εικονικής μηχανής είναι αρκετά
εύκολη για τον χρήστη, ο οποίος δεν χρειάζεται να έχει ειδικές γνώσεις στο
υλικό για να το πετύχει αυτό. Στην προκειμένη περίπτωση, ενώ υπάρχει μηδενική
δυσκολία για την απόκτηση εικονικής μηχανής εξοπλισμένης με λειτουργικό σύστημα
και πιθανότατα απαραίτητα προς χρήση προγράμματα, η ασφάλειά της δεν είναι
πάντοτε εγγυημένη. Πολλά από τα προγράμματα που θα χρησιμοποιήσει ο χρήστης δεν
παρέχουν εξ αρχής ενεργοποιημένες τις παραμέτρους ασφαλείας που μπορεί να
υποστηρίζουν διότι δεν δύναται να υπάρχει μια ασφαλής ρύθμιση που να καλύπτει
όλα τα πιθανά σενάρια χρήσης. Επιπλέον, η ρύθμιση των παραμέτρων ασφαλείας
είναι μια διαδικασία που απαιτεί εξειδικευμένες γνώσεις και είναι αρκετά εύκολο
όχι μόνο να παραλειφθεί αλλά και να γίνει λανθασμένα λόγω έλλειψης οικειότητας
με τα εργαλεία που έχει στην διάθεση του ο χρήστης.

Όπως αναφέρεται και στο \citealt{balduzzi2012security}, υπάρχουν υπηρεσίες IaaS
που προσφέρουν διανομές λειτουργικού συστήματος Linux με εγκατεστημένα και
ρυθμισμένα εκ των προτέρων προγράμματα από τρίτους. Σε ορισμένες περιπτώσεις
όπου υπάρχει τυφλή εμπιστοσύνη προς την ορθότητα των ρυθμίσεων αυτών σε
συνδυασμό με έλλειψη γνώσης των εργαλείων, ενδέχεται λόγω ανθρώπινου λάθους ή
στοχευμένα, να μένει ο τελικός χρήστης ευάλωτος σε ρίσκα ασφαλείας, όπως μη
εξουσιοδοτημένη πρόσβαση, μόλυνση με κακόβουλο λογισμικό και υποκλοπές
ευαίσθητων προσωπικών δεδομένων. Στην περίπτωση που και ο πάροχος νέφους έχει
παραλείψει να εφαρμόσει τις απαραίτητες ενημερώσεις ασφαλείας στις τεχνολογίες
εικονικοποίησης που χρησιμοποιεί, είναι πιθανό κάποιο από τα προγράμματα αυτά
να μπορέσει να πραγματοποιήσει μια επίθεση hyperjacking \cite{Hyperjacking} και
να αποκτήσει έλεγχο του υπερ-επόπτη (hypervisor) με αποτέλεσμα να είναι σε θέση
να προκαλέσει ζημιές είτε σε διαφορετικές εικονικές μηχανές που ελέγχονται από
τον υπερ-επόπτη είτε στον (φυσικό) διακομιστή (host machine ή απλώς host) στον
οποίο αυτός εκτελείται.

\section{Εικονικοποίηση και τεχνολογίες υλοποίησής της} \label{virtualizationTechnologiesIntroduction}

Η εικονικοποίηση αποτελεί μια τεχνολογία που επιτρέπει την διαμέριση πόρων ενός
φυσικού μηχανήματος σε πολλά μικρότερα υποσύνολα αυτών. Με αυτόν τον τρόπο,
καθίσταται ευκολότερη η διαχείρισή τους και αυξάνεται η απόδοση του υποκείμενου
υλικού, αφού μπορεί να χρησιμοποιείται στο έπακρον. Υπάρχουν πολλά είδη
εικονικοποίησης που αναλύονται πιο λεπτομερώς στο
\ref{virtualizationImplementations} αλλά οι δύο βασικότερες υλοποιήσεις της
είναι η εικονικοποίηση διακομιστών και λειτουργικών συστημάτων (δοχειοποίηση).

Στην εικονικοποίηση διακομιστών (host virtualization), ένας φυσικός διακομιστής
χωρίζει με την βοήθεια ενός υπερ-επόπτη τους πόρους του, όπως είναι η μνήμη, ο
αποθηκευτικός χώρος και ο επεξεργαστής του, σε πολλές μικρότερες εικονικές
μηχανές. Κάθε εικονική μηχανή μπορεί να εκτελεί διαφορετικό λειτουργικό σύστημα
και να έχει διαφορετικές ρυθμίσεις από τις υπόλοιπες. Η διάθεση μιας εικονικής
μηχανής δεν περιορίζεται μονάχα σε τοπικούς υπολογιστές και έτσι πολλές φορές
συνηθίζεται η ενοικίαση τέτοιων μηχανών (σε περιβάλλοντα νέφους) προκειμένου να
μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν από τρίτα πρόσωπα για την επίτευξη των δικών τους
διαδικασιών.

Κατά την δοχειοποίηση (containerization), μιας ειδικής περίπτωσης
εικονικοποίησης, αντί για το υλικό, εικονικοποιείται το λειτουργικό σύστημα.
Επομένως, τα δοχεία είναι ένα προϊόν της δοχειοποίησης και αποτελούν το
αποτέλεσμα της εικονικοποίησης σε επίπεδο λειτουργικού συστήματος. Με την
βοήθεια του λειτουργικού συστήματος, δημιουργούνται εικονικά περιβάλλοντα στα
οποία μπορούν αυτά να εκτελεστούν. Ουσιαστικά, μια μηχανή δοχείων αιτείται από
το λειτουργικό σύστημα την διάθεση ενός εικονικού περιβάλλοντος για την
εκτέλεση των διεργασιών ενός προγράμματος. Το πρόγραμμα αυτό, καθώς και όλες οι
βιβλιοθήκες που χρειάζεται, καθορίζονται σε μια εικόνα δοχείου (container
image), την οποία η μηχανή δοχείων θα πρέπει να ανακτήσει, να αποθηκεύσει και
με βάση αυτήν να δημιουργήσει το αντιστοιχούμενο δοχείο που αυτή περιγράφει. Η
πιο συνηθισμένη υλοποίηση της δοχειοποίησης είναι η δοχειοποίηση εφαρμογών μέσω
της μηχανής δοχείων Docker. Αυτό συμβαίνει διότι μέσω της πλατφόρμας που αυτό
παρέχει, η διαχείριση και χρήση δοχείων επιτυγχάνεται εύκολα από ομάδες
ανάπτυξης λογισμικού κάθε επιπέδου.

Η δοχειοποίηση αποτελεί μια ελαφρύτερη εναλλακτική λύση σε σύγκριση με την
εικονικοποίηση και είθισται να προτιμάται για την ανάπτυξη και διάθεση
εφαρμογών. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η μεταφορά και αναδημιουργία των
δοχείων μπορεί να πραγματοποιηθεί σε κάθε περιβάλλον και νέφος, καθώς και στο
γεγονός ότι αυτά απαιτούν λιγότερους πόρους σε σχέση με τις εικονικές μηχανές,
αφού οι υποκείμενοι πόροι του συστήματος μπορούν να μοιραστούν μεταξύ των
διαφορετικών δοχείων. Αυτό, καθιστά την δοχειοποίηση πιο αποδοτική από την
εικονικοποίηση διακομιστών, καθώς δεν χρειάζεται να εκτελεστεί ένας
υπερ-επόπτης για την διαχείριση υπολογιστικών πόρων. Επιπλέον, η δοχειοποίηση
επιτρέπει την εκτέλεση περισσότερων εικονικών περιβαλλόντων στον ίδιο φυσικό
διακομιστή και έτσι, η απόδοση του υλικού αυξάνεται ακόμα περισσότερο. Συνήθως
χρησιμοποιείται για την διάθεση εφαρμογών στο ευρύ κοινό, οι οποίες ακολουθούν
την αρχιτεκτονική μικρο-υπηρεσιών (microservices). Δηλαδή, της διαμέρισης των
λειτουργιών τους σε δοχεία. Λόγω του ότι τα παράγωγα της δοχειοποίησης
περιέχουν όλες τις απαραίτητες βιβλιοθήκες για την εκτέλεσή τους, χωρίς να
βασίζονται στο υποκείμενο νέφος στο οποίο στεγάζονται, η δοχειοποίηση αποτελεί
αρκετά δημοφιλή επιλογή τεχνολογίας διάθεσης υπηρεσιών.

\section{Ασφάλεια συστήματος κατά τη χρήση του Docker} \label{dockerSecurity}

Μία από τις πιο σημαντικές προκλήσεις των επιχειρήσεων κατά την διάθεση
υπηρεσιών είναι η επίτευξη και διατήρηση της ασφάλειας. Παραδοσιακά, κατά την
επιλογή χρήσης τεχνολογιών εικονικοποίησης, ανάμεσα στις επιλογές
εικονικοποίησης υλικού και εικονικοποίησης ΛΣ είθισται να προτιμάται η δεύτερη.
Μια λογική απόφαση εάν αναλογιστεί κανείς τα πλεονεκτήματα που προσφέρει τόσο
στην απόδοση πόρων του συστήματος όσο και στην αποδοτική αλλά και εύκολη
διαχείριση των υπηρεσιών όταν αυτές διατίθενται σε μορφή δοχείων. Παρ' όλα
αυτά, η επιλογή αυτή είναι και λιγότερο ασφαλής στην περίπτωση που αφεθεί στις
αρχικές ρυθμίσεις.

Για τον λόγο αυτό, εάν η μέγιστη δυνατή απόδοση δεν είναι μια από τις κύριες
προτεραιότητες μιας επιχείρησης, προκειμένου να αυξηθεί η ασφάλεια του
συστήματός της, διατηρώντας τα πλεονεκτήματα του Docker όσον αφορά την
μεταφερσιμότητα και την απαλλαγή από τις εξαρτήσεις του εκάστοτε προγράμματος
ακόμα και χωρίς την περαιτέρω διαμόρφωση των ρυθμίσεών του, η προτεινόμενη
χρήση είναι η εκτέλεσή του μέσω μιας εικονικής μηχανής. Σε περιπτώσεις
ιδιόκτητης υποδομής, η στρώση απομόνωσης μέσω της εικονικοποίησης υλικού
ανάμεσα στα προγράμματα και το μηχάνημα στο οποίο εκτελούνται αποτελεί ένα
παραπάνω εμπόδιο που θα πρέπει να ξεπεράσει ένας επιτιθέμενος για να προκαλέσει
ζημιές στο κύριο σύστημα, αφού θα πρέπει πρώτα να περάσει από τον εικονικό
πυρήνα (πυρήνα ΛΣ της εικονικής μηχανής) και έπειτα από τον υπερ-επόπτη.
Παράλληλα, ο συνδυασμός με την αρχιτεκτονική δοχείων παρέχει ένα επιπρόσθετο
επίπεδο απομόνωσης εφόσον στην προκειμένη περίπτωση η άμεση επικοινωνία με τον
πυρήνα του συστήματος αφορά το φιλοξενούμενο ΛΣ και όχι το κύριο σύστημα.
Συνεπώς, ένας επιτιθέμενος πρέπει να πραγματοποιήσει δύο αποδράσεις. Μια από
την μηχανή ενορχήστρωσης δοχείων ή περιβάλλον δοχειοποίησης και έπειτα μια
επιπλέον από το εικονικοποιημένο περιβάλλον.

Παρ' όλα αυτά, υπάρχουν περιπτώσεις όπου η απόδοση του συστήματος δεν δύναται
να θυσιαστεί για χάρη της ασφάλειας. Σε αυτές τις περιπτώσεις, επιβάλλεται η
τροποποίηση των ρυθμίσεων και του τρόπου λειτουργίας του Docker ώστε να
μπορέσει να επιτευχθεί μια ικανοποιητική ισορροπία μεταξύ της ασφάλειας και της
απόδοσης του συστήματος. Με βάση μια έρευνα που πραγματοποιήθηκε από την IBM
σχετικά με την ασφάλεια των δοχείων \cite{containerSecurity}, βρέθηκε πως ένα
ορθώς ασφαλισμένο δοχείο μπορεί να παρέχει το ίδιο επίπεδο ασφάλειας με μια
εικονική μηχανή ή ακόμα και μεγαλύτερο. Συγκεκριμένα, στην έρευνα αυτή
αναφέρεται πως προκειμένου να ποσοτικοποιηθεί η ασφάλεια των δοχείων θα πρέπει
να ληφθεί υπόψιν το ποσοστό των υποδομών που βρίσκεται υπό την ευθύνη του
χρήστη και να θεωρηθεί δεδομένο πως οι πάροχοι νέφους θα ακολουθήσουν όλες τις
ορθές πρακτικές ασφαλείας για να προστατεύσουν το κομμάτι των υποδομών που τους
αντιστοιχεί. Σε αυτήν την περίπτωση, εάν ο χρήστης χρησιμοποιεί υπηρεσίες CaaS
(Container as a Service) κατά τις οποίες ο πάροχος νέφους προσφέρει υποδομές
προσαρμοσμένες συγκεκριμένα για την εκτέλεση δοχείων, τότε αυτός είναι
υπεύθυνος για την ασφάλιση πολύ μικρότερου ποσοστού επιφάνειας επίθεσης
συγκριτικά με τον πάροχο και επωφελείται άμεσα από τις προσπάθειες ασφάλισης
του παρόχου για το ποσοστό του. Επομένως, συμπεραίνεται πως από την οπτική
γωνία του τελικού χρήστη είναι πιο ασφαλές να χρησιμοποιήσει τεχνολογίες
εικονικοποίησης ΛΣ μέσω ενός παρόχου νέφους για την παροχή των υπηρεσιών του
\cite{containerSecurityExplained}.

\subsection{Πλεονεκτήματα ασφαλείας με τη χρήση του Docker} \label{dockerSecurityAdvatnages}

Με τη χρήση της αρχιτεκτονικής δοχείων και ειδικότερα του Docker, έρχονται
αρκετά εγγενή οφέλη ασφαλείας \cite{dockerInherentSecurity}. Ένα βασικό όφελος
αποτελεί η διαφάνεια. Λόγω της φύσης τους, τα δοχεία επιτρέπουν την ακριβή
κατανόηση του κώδικα που εκτελείται μέσα σε αυτά, σε αντίθεση με την περίπτωση
χρήσης αποκλειστικά εικονικών μηχανών. Επιπρόσθετα, κατά την εμφάνιση
προβλημάτων σε μία υπηρεσία με αρχιτεκτονική μικρο-υπηρεσιών που κάνει χρήση
δοχείων, είναι διακριτή η διευκόλυνση στον εντοπισμό της πηγής τους.

Ένα εξίσου σημαντικό όφελος αποτελεί το επιπρόσθετο επίπεδο ασφάλειας που
παρέχεται. Σε περιβάλλον εικονικής μηχανής θα πρέπει να σκληρυνθεί το ΛΣ
φιλοξενίας (αν υπάρχει), ο υπερ-επόπτης, το φιλοξενούμενο ΛΣ και η εκτελούμενη
υπηρεσία. Σε περιβάλλον δοχείου, πρέπει να σκληρυνθεί το ΛΣ που φιλοξενεί τη
μηχανή δοχείων, η μηχανή δοχείων και η υπηρεσία. Πράγμα που σημαίνει πως σε ένα
εικονικό περιβάλλον, με την χρήση του Docker έχουμε επιπρόσθετα επίπεδα που
χρειάζονται σκλήρυνση. Συνεπώς, σε εικονικά περιβάλλοντα, η χρήση δοχείων
έρχεται με την σκλήρυνση ενός επιπλέον συστατικού, της μηχανής δοχείων, οπότε
αυτή προσφέρει καλύτερο επίπεδο ασφάλειας.

Δύο ακόμα σημαντικά πλεονεκτήματα είναι η ευκολία εφαρμογής ενημερώσεων
ασφαλείας στα δοχεία και η σταθερότητα του περιβάλλοντος που προσφέρεται μέσω
αυτών στις εφαρμογές. Ειδικότερα, η ενημέρωση ενός δοχείου είναι μια διαδικασία
δύο μόνο εντολών, ενώ το προσφερόμενο περιβάλλον είναι σταθερό με την λογική
πως η μηχανή δοχείων παρέχει ένα επίπεδο πάνω από το ΛΣ, και επομένως το
περιβάλλον αυτό δεν είναι ξεχωριστά ευμετάβλητο από την εκάστοτε εφαρμογή που
εκτελείται μέσα σε αυτό. Άρα, δεν κινδυνεύει από νέα προβλήματα ασφαλείας που
θα μπορούσαν να επιφέρουν τυχόν ενημερώσεις των εξαρτήσεων της εφαρμογής χωρίς
την ταυτόχρονη ενημέρωση της εφαρμογής της ίδιας.

\subsection{Μειονεκτήματα ασφαλείας με τη χρήση του Docker} \label{dockerSecurityDisadvantages}

Παρ' όλα τα προαναφερόμενα πλεονεκτήματα του Docker, όπως η δυνατότητα
απαλλαγής από εξαρτήσεις του εκάστοτε συστήματος και η ευελιξία διαχείρισης των
δοχείων του, αυτό εμφανίζει αρκετές τρωτότητες σε σχέση με την ασφάλεια. Οι πιο
αξιοσημείωτες από αυτές είναι η ανάγκη εκτέλεσης του Docker με διαχειριστικά
δικαιώματα και η αρχικά ελαστικότερη απ' ό,τι χρειάζεται απομόνωσή του από τον
πυρήνα του συστήματος. Ο άμεσος αντίκτυπος των παραπάνω είναι πως τα δοχεία
είναι πιο ευάλωτα από άλλες τεχνολογίες σε επιθέσεις τύπου άρνησης υπηρεσιών
και σε επιθέσεις που εκμεταλλεύονται ευπάθειες του πυρήνα με σκοπό να ξεφύγουν
από το δοχείο και να αποκτήσουν πρόσβαση στο κύριο σύστημα μέσω αυτού
(Container Escape \cite{containerEscapeTechniques}).

Το γεγονός που αυξάνει τον κίνδυνο κατά την διάρκεια μιας επίθεσης τύπου
άρνησης υπηρεσιών είναι πως σε αντίθεση με μια εικονική μηχανή, όπου επιλέγεται
το εύρος πρόσβασης στους πόρους του συστήματος κατά τη δημιουργία της, η αρχική
ρύθμιση του Docker επιτρέπει στα δοχεία να χρησιμοποιήσουν το ίδιο ποσοστό
πόρων με το κύριο σύστημα, δηλαδή δεν υπάρχουν περιορισμοί. Επομένως,
ανεξαρτήτως του αν ένα δοχείο βρεθεί υπό τον έλεγχο ενός επιτιθέμενου ή αυτός
απλά κατευθύνει πολλά αιτήματα προς αυτό εξωτερικά, αυτό μπορεί δυνητικά να
εμποδίσει την εκτέλεση άλλων δοχείων ή ακόμα και την εκτέλεση άλλων εφαρμογών
που εκτελούνται στο σύστημα.

Σχετικά με τις επιθέσεις που αποσκοπούν στην απόκτηση πρόσβασης στο κύριο
σύστημα μέσω ενός δοχείου, ο κίνδυνος οφείλεται στον τρόπο λειτουργίας των
δοχείων σε συνδυασμό με τις αρχικές ρυθμίσεις ασφαλείας του Docker. Λόγω της
απευθείας επικοινωνίας τους με τον πυρήνα του συστήματος, τα δοχεία είναι άμεσα
ευεπηρέαστα από ευπάθειες του πυρήνα. Συνεπώς, ένας επιτιθέμενος που στοχεύει
ένα δοχείο μπορεί να εκμεταλλευτεί μια ευπάθεια του πυρήνα προκειμένου να
αποκτήσει πρόσβαση στο κύριο σύστημα - εφόσον η εκτέλεση του Docker γίνεται με
διαχειριστικά δικαιώματα, μετά από μια επιτυχημένη επίθεση Container Escape θα
έχει διαχειριστικά δικαιώματα και ο ίδιος \cite{containerEscapeRepercussions}.

\section{Συνεισφορά Διπλωματικής} \label{overcomingDockerDisadvantages}

Οι πιο συνήθεις τρόποι αντιμετώπισης της ανεπαρκούς προκαθορισμένης ασφάλειας
του Docker (δηλ. της ελαστικής απομόνωσης) είναι η ρύθμιση καλύτερων προφίλ
AppArmor ή κανόνων SELinux προκειμένου να απομονωθεί περισσότερο από το κύριο
σύστημα. Στην πραγματικότητα, αυτές οι πρακτικές λαμβάνουν υπόψιν τους κυρίως
τα δοχεία και όχι τη μηχανή δοχείων καθ' αυτού. Γι' αυτό τον λόγο, πολλές φορές
πρέπει να ακολουθούνται και καλύτερες πρακτικές κατά τη λειτουργία/χρήση του
Docker, όπως η σκλήρυνσή του, η αποφυγή χρήσης του διαχειριστικού λογαριασμού
(σε διεργασίες) όσον αφορά τα δοχεία και η αποφυγή λήψης δοχείων από μη
έμπιστες πηγές. Υπάρχει επομένως ανάγκη δημιουργίας ενός εργαλείου που
αυτοματοποιημένα μπορεί να δημιουργεί ασφαλή εικονικοποιημένα περιβάλλοντα,
καθώς και να εγκαθιστά σε αυτά, με βάση τις προαναφερόμενες οδηγίες προστασίας
του Docker και των δοχείων του, μια σκληρυμένη έκδοση του Docker.

Η ανάγκη αυτή ικανοποιήθηκε με την ανάπτυξη του εργαλείου που αναπτύχθηκε στα
πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, ονόματι SecDep (Secure Deployment),
το οποίο θα περιγράψουμε παρακάτω στο Κεφάλαιο \ref{installationANDShowcase}.
Με την χρήση του, θα επιτευχθεί η ασφάλιση του Docker και του συστήματος με
αυτοματοποιημένο τρόπο ακολουθώντας ορθές πρακτικές, χρησιμοποιώντας ένα
ασφαλέστερο από το αρχικό Container Runtime και εκτελώντας το Docker εξ
ολοκλήρου χωρίς την ανάγκη διαχειριστικών δικαιωμάτων. Το εργαλείο αυτό
εστιάζει στην χρήση εικονικοποιημένων περιβαλλόντων, μιας και παρέχουν
περισσότερα επίπεδα προς διείσδυση για έναν επιτιθέμενο, εμποδίζοντάς τον στην
επίτευξη του στόχου αυτού. Επικοινωνεί με πολλούς παρόχους νέφους στέλνοντάς
τους παραμέτρους για τις προδιαγραφές εικονικών μηχανών προκειμένου να
μπορέσουν αυτές να δημιουργηθούν αυτόματα. Με αυτόν τον τρόπο, επιτρέπει την
δημιουργία πολλαπλών ασφαλών περιβαλλόντων ώστε να μπορεί ένας χρήστης να
εγκαθιστά εκεί τα δοχεία της εφαρμογής του. Με την εφαρμογή των κατάλληλων
μέτρων και πρακτικών ασφαλείας σε κάθε επίπεδο, τα περιβάλλοντα αυτά
σκληρύνονται, μικραίνοντας έτσι την πιθανότητα διείσδυσης. Η σκλήρυνση του ΛΣ
επιτυγχάνεται με την εκτέλεση πολλών βημάτων στα οποία μεταξύ άλλων
περιλαμβάνεται η σκλήρυνση του SSH, ο εντοπισμός, η εγκατάσταση, η ρύθμιση και
η ενεργοποίηση των κατάλληλων για την εκάστοτε διανομή, προγραμμάτων για
ανάχωμα ασφαλείας και για παροχή MAC (Mandatory Access Control) καθώς και η
δημιουργία και ενεργοποίηση περιοδικά εκτελέσιμων προγραμμάτων για την
ενημέρωση του συστήματος και το άνοιγμα/κλείσιμο θυρών προγραμμάτων. Η
απεξάρτηση από τον διαχειριστικό λογαριασμό επιτυγχάνεται χάρη στη δουλειά του
Akihiro Suda πάνω στο rootlesskit \footfullcite{AkihiroSuda}, επιτρέποντας έτσι
την χρήση ενός πλαστού διαχειριστικού λογαριασμού προκειμένου να μπορέσει η
μηχανή δοχείων να εκτελεστεί υπό την κυριότητα οποιουδήποτε χρήστη του
συστήματος. Τέλος, η αντικατάσταση του αρχικού Container Runtime με το
αντίστοιχο του gVisor \footfullcite{gVisor}, εισάγει ένα πιο συμπαγές τείχος
προστασίας απέναντι σε συνηθισμένες επιθέσεις κατά των δοχείων, καθιστώντας το
σύστημα μας πιο ασφαλές συγκριτικά με τις αρχικές/προκαθορισμένες ρυθμίσεις.

Η χρήση του εργαλείου έρχεται με πολλά πλεονεκτήματα για τον χρήστη. Κατ'
αρχήν, το εργαλείο είναι εύκολο στη χρήση και στην εγκατάσταση, καθώς παρέχει
πλούσια τεκμηρίωση και οδηγίες εγκατάστασης στο αποθετήριό του, ενώ οι γνώσεις
που απαιτούνται στον τομέα των τεχνολογιών νέφους για την χρήση του είναι
ελάχιστες. Επιπλέον, είναι ευέλικτο και επεκτάσιμο διότι αποτελείται από δύο
εκτελέσιμα προγράμματα, τα οποία μπορεί κάθε χρήστης να τροποποιήσει ώστε να
προσθέσει τις δικές του λειτουργίες αν το επιθυμεί. Τέλος, οι παράμετροι του
είναι εύκολα κατανοητές και προσαρμόσιμες στις ανάγκες του χρήστη. Επομένως, το
εργαλείο αυτό αποτελεί ένα κατάλληλο μέσο για την δημιουργία, διαχείριση και
ασφάλιση περιβαλλόντων δοχειοποιημένων εφαρμογών (containerized applications),
δηλ. εφαρμογών που παίρνουν την μορφή δοχείων.

\section{Δομή Εργασίας} \label{structure}

Η υπόλοιπη δομή της αναφοράς είναι η εξής. Στο Κεφάλαιο \ref{background}, θα
αναλύσουμε τις έννοιες της νεφο-υπολογιστικής και εικονικοποίησης, τις διάφορες
τεχνολογίες εικονικοποίησης και θα εμβαθύνουμε στην τεχνολογία των δοχείων με
επίκεντρο την ασφάλεια του Docker. Στο επόμενο κεφάλαιο (δηλαδή το Κεφάλαιο
\ref{relevantWork}), θα παρουσιάσουμε εργασίες σχετικές με την παρούσα και θα
πραγματοποιηθεί ανάλυση και σύγκριση αυτών με την προτεινόμενη εργασία της
διπλωματικής. Αμέσως μετά, στο Κεφάλαιο \ref{projectDevelopment}, αναφερόμαστε
στην διαδικασία ανάπτυξης του προτεινόμενου εργαλείου και τα παράγωγά της
(απαιτήσεις, σχεδιαστικά μοντέλα, κώδικας υλοποίησης κα.). Προχωρώντας στο
Κεφάλαιο \ref{installationANDShowcase}, θα αναφερθούμε στις οδηγίες
εγκατάστασης και λειτουργίας του εργαλείου με βάση στοχευμένα σενάρια χρήσης.
Έπειτα, στο Κεφάλαιο \ref{experimentationANDresults} αποτιμάται η αποδοτικότητα
του εργαλείου κατά την πραγματική χρήση του, προκειμένου να εξετασθεί με
πρακτικό τρόπο η ικανότητα εξασφάλισης των στόχων του. Τέλος, στο Κεφάλαιο
\ref{conclusions}, αναφέρονται δυνητικές επεκτάσεις και βελτιώσεις του
προτεινόμενου εργαλείου προκειμένου αυτό να μπορέσει να πάρει μια θέση στην
αγορά.