CC BY
37
ПРИКЛАДНАЯ ДИСКРЕТНАЯ МАТЕМАТИКА
ПРИЛОЖЕНИЕ Сентябрь 2015
Секция 4
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КОМПЬЮТЕРНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
8
УДК 004.75 DOI 10.17223/2226308X/8/29
О ЗАЩИЩЁННОМ РАСПРЕДЕЛЁННОМ ПРОТОКОЛЕ В КОНКУРЕНТНОЙ СРЕДЕ НА ПРИМЕРЕ ПРОВЕДЕНИЯ
СОРЕВНОВАНИЙ CTF
Н. И. Анисеня
Демонстрируется возможность создания и применения распределённого протокола в конкурентной среде на примере разработки математического метода проведения соревнований CTF (Captur The Flag), основанных на решении заданий, при угрозе DDoS-атак на сервер организаторов. Предлагается распределённый протокол проведения соревнований, который перекладывает часть функций организаторов на участников. Участники соревнования конкурируют друг с другом и не хотят помогать командам-соперникам, поэтому к протоколу предъявляются требования устойчивости к атакам со стороны самих участников. Предложенный протокол удовлетворяет поставленным требованиям. Рассмотрены атаки на протокол, исследована его устойчивость к ним, предложены модификации протокола. Сообщается о возможных направлениях дальнейших исследований в данной области.
Ключевые слова: распределённые протоколы, защищённые вычисления, отказоустойчивые системы.
Цель работы — предложить математический способ обеспечения доступности соревнования CTF, проводимого в формате Jeopardy, при угрозе DDoS-атаки на организаторов.
Под централизованным сетевым взаимодействием, или просто централизованным взаимодействием, участников будем понимать такое их взаимодействие, которое полагается на некоторый известный всем участникам узел сети — посредника, имеющего отличную от прочих участников и незаменимую по отношению к ним роль.
зЗлоумышленником назовём нечестного участника соревнования, который преследует хотя бы одну из следующих целей:
1) нарушение работоспособности системы, с высокой вероятностью приводящее к невозможности участия в соревновании всех участников;
2) нарушение работоспособности системы, с высокой вероятностью приводящее к искажению собственных результатов;
3) нарушение работоспособности системы, с высокой вероятностью приводящее к искажению результатов другого конкретного участника.
Активным участием некоторого узла назовём такое его поведение в сети, при котором он отправляет в сеть данные.
Для достижения указанной цели ставится следующая задача: разработать протокол распределённого проведения соревнований CTF, основанных на решении заданий.
80
Прикладная дискретная математика. Приложение
Требования к протоколу следующие:
1) в результате работы протокола должна формироваться таблица результатов, позволяющая восстановить очерёдность получения ответов;
2) протокол не должен требовать активного участия организаторов во время проведения соревнования;
3) протокол не должен полагаться на централизованное взаимодействие участников во время проведения соревнования;
4) протокол должен позволять проводить соревнование даже при отключении большого количества участников;
5) протокол должен позволять проводить соревнование даже при большом количестве злоумышленников (нечестных участников).
При разработке протокола не рассматривались следующие ситуации и проблемы:
1) проблемы подготовительного этапа (регистрации команд);
2) ситуация распада графа сети на компоненты связности;
3) недостаточная точность временных расчётов с учётом выбранного временного окна.
Пусть на момент начала соревнования имеется сеть участников, описанная в [1], в которую команда организаторов входит как равноправный участник. Полагаем, что в этой сети для передачи сообщений используется безотказная луковая маршрутизация, описанная в [1]. Каждый участник на момент начала соревнования имеет:
1) алгоритмы цифровой подписи sign и verify;
2) алгоритм симметричного шифрования на ключе Ex;
3) множество идентификаторов участников U;
4) ключи проверки ответов д\,... , gm;
5) псевдослучайную функцию G(y) с параметрами k, t;
6) зашифрованный набор заданий.
Началом соревнования считается момент рассылки организаторами ключа для расшифрования списка заданий, после чего команда организаторов перестаёт принимать активное участие.
Пусть некоторый участник u с идентификатором IDu получил ответ f на задание. Рассмотрим протокол, согласно которому должен действовать участник u:
1) y = signf (tu, IDu), tu — текущее время пользователя u.
2) Для всех пользователей с идентификатором id Е G(y):
а) u ^ id : z = Ex(y, tu, IDu), x — сеансовый ключ;
б) id ^ u : tid, signd(z, tid), tid — текущее время пользователя с идентификатором id.
3) Каждому пользователю с идентификатором id Е U выслать:
tu, IDu, y = signj(tu,IDu), z = Ex(y,tu, IDU), x, {ti, sign^(z,ti) : i Е G(y)}. Соревнование завершается в установленное организаторами время. Таблица результатов, имеющаяся у организаторов в этот момент, считается итоговой. Атаки, улучшения и дальнейшие направления исследований описаны в [1].
ЛИТЕРАТУРА
1. Анисеня Н. И. Разработка безопасного протокола распределённой системы проведения соревнований CTF // Прикладная дискретная математика. 2015. №2(28). С. 59-70.
