Nel contesto dei server di archiviazione non attendibili, qual è il significato di mantenere un registro delle operazioni coerente e verificabile e come è possibile ottenere ciò?

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Nel campo della sicurezza informatica, in particolare per quanto riguarda la sicurezza dello storage su server di archiviazione non affidabili, il mantenimento di un registro delle operazioni coerente e verificabile è fondamentale. Questo requisito deriva dalla necessità di garantire l'integrità, la disponibilità e la riservatezza dei dati in ambienti in cui non è possibile fidarsi completamente dell'infrastruttura di storage. I server di archiviazione non affidabili comportano rischi significativi, tra cui la modifica, la cancellazione e l'accesso non autorizzato dei dati. Pertanto, un registro delle operazioni coerente e verificabile svolge un ruolo importante nel mitigare questi rischi.

Un registro coerente delle operazioni si riferisce a una registrazione sequenziale e cronologica di tutte le azioni eseguite sui dati archiviati sul server. Questo registro dovrebbe essere immutabile e a prova di manomissione, garantendo che eventuali alterazioni non autorizzate possano essere rilevate. L'importanza di tale registro risiede nella sua capacità di fornire una cronologia accurata e affidabile di tutte le interazioni con i dati, che è essenziale per il controllo, l'analisi forense e la conformità ai requisiti normativi.

Per ottenere un registro delle operazioni coerente e verificabile, è possibile utilizzare diverse tecniche e tecnologie. Questi includono metodi crittografici, meccanismi di registrazione sicuri e protocolli di consenso. Di seguito, consideriamo questi metodi in dettaglio:

Metodi crittografici

1. Catene di hash: Una catena hash è una sequenza di valori hash in cui ciascun valore hash dipende da quello precedente. Ciò crea un collegamento tra ciascuna voce di registro, garantendo che qualsiasi modifica a una voce interrompa la catena. Ad esempio, se le voci di registro sono rappresentate da L_1, L_2, ..., L_n, la catena hash può essere costruita come segue:

    \[ H_1 = H(L_1), \quad H_2 = H(H_1 || L_2), \quad ..., \quad H_n = H(H_{n-1} || L_n) \]

where H denota una funzione hash crittografica e || rappresenta la concatenazione. Questa struttura garantisce che qualsiasi manomissione contenga una voce di registro L_i comporterà una mancata corrispondenza nei valori hash successivi, rivelando così la manomissione.

2. Firme digitali: ogni voce di registro può essere firmata digitalmente da una parte attendibile utilizzando la crittografia asimmetrica. Una firma digitale garantisce autenticità e integrità, poiché può essere verificata utilizzando la chiave pubblica del firmatario. Ad esempio, se una voce di registro L_i è firmato con una chiave privata K_{privato}, la firma S_i = \text{Segno}(K_{priv}, L_i) può essere verificato da chiunque abbia accesso alla chiave pubblica corrispondente K_{pub}. Questo metodo garantisce che qualsiasi alterazione a L_i invaliderà la firma.

3. Alberi di Merkle: Un albero Merkle è un albero binario in cui ogni nodo foglia rappresenta un hash di una voce di log e ogni nodo interno rappresenta l'hash dei suoi nodi figli. La radice dell'albero Merkle, nota come radice Merkle, fornisce un singolo valore hash che rappresenta l'intero set di voci di registro. La struttura ad albero Merkle consente una prova di inclusione efficiente e verificabile, il che significa che è possibile dimostrare se una particolare voce di registro fa parte del registro senza rivelare l'intero registro. Ciò è particolarmente utile per mantenere la privacy garantendo al tempo stesso l'integrità.

Meccanismi di registrazione sicuri

1. Registri di sola aggiunta: un registro di sola aggiunta è una struttura di registro in cui le voci possono solo essere aggiunte e non modificate o eliminate. Questa immutabilità garantisce che una volta registrata una voce, rimanga permanentemente nel registro. L'implementazione di log di sola aggiunta implica in genere l'utilizzo di supporti di archiviazione WORM (write-once-read-many) o l'impiego di meccanismi basati su software che impediscono modifiche alle voci di log esistenti.

2. Blockchain Tecnologia: Blockchain è una tecnologia di registro decentralizzata e distribuita che fornisce intrinsecamente un registro delle operazioni coerente e verificabile. Ogni blocco nella blockchain contiene un elenco di transazioni (voci di registro), un timestamp e un hash crittografico del blocco precedente. Questo concatenamento di blocchi garantisce che qualsiasi manomissione di un blocco invaliderà i blocchi successivi. La tecnologia Blockchain utilizza anche protocolli di consenso per raggiungere un accordo tra i nodi distribuiti, migliorando ulteriormente la sicurezza e l’affidabilità del registro.

3. Ambienti di esecuzione affidabili (TEE): i TEE, come Intel SGX o ARM TrustZone, forniscono un'enclave sicura all'interno di un processore in cui codice e dati possono essere eseguiti e archiviati in modo sicuro. Sfruttando i TEE, è possibile garantire che le voci di registro vengano registrate e mantenute in un ambiente sicuro e isolato, protetto da manomissioni da parte del server di archiviazione non affidabile. I TEE possono essere utilizzati anche per generare e archiviare in modo sicuro le chiavi crittografiche utilizzate per firmare le voci di registro.

Protocolli di consenso

Nei sistemi distribuiti, ottenere coerenza e verificabilità dei log spesso richiede protocolli di consenso per garantire che tutti i nodi del sistema concordino sull'ordine e sul contenuto delle voci di log. Alcuni protocolli di consenso comunemente usati includono:

1. Paxos: Paxos è una famiglia di protocolli di consenso progettati per raggiungere un accordo tra nodi distribuiti in presenza di guasti. Paxos garantisce che tutti i nodi non difettosi concordino sulla stessa sequenza di voci di registro, fornendo coerenza e tolleranza agli errori.

2. Raft: Raft è un altro algoritmo di consenso progettato per essere più comprensibile e più facile da implementare rispetto a Paxos. Raft divide il processo di consenso in elezione del leader, replica del registro e sicurezza, garantendo che il registro distribuito rimanga coerente e verificabile.

3. Tolleranza ai guasti bizantina (BFT): I protocolli BFT, come Practical Byzantine Fault Tolerance (PBFT), sono progettati per raggiungere il consenso nei sistemi in cui i nodi possono presentare errori arbitrari (bizantini), incluso comportamento dannoso. I protocolli BFT garantiscono che il log rimanga coerente e verificabile anche in presenza di nodi dannosi.

Esempio pratico

Considera uno scenario in cui un istituto finanziario utilizza un servizio di archiviazione cloud non affidabile per archiviare i registri delle transazioni. Per garantire l'integrità e la verificabilità di questi registri, l'istituzione può attuare le seguenti misure:

1. Catene di hash: ogni voce del registro delle transazioni viene sottoposta ad hashing e collegata alla voce precedente utilizzando una catena hash. Ciò garantisce che qualsiasi manomissione di una voce di registro sarà rilevabile.

2. Firme digitali: Ogni voce di registro è firmata digitalmente dalla chiave privata dell'istituzione. Ciò garantisce autenticità e non ripudiabilità, poiché la firma può essere verificata utilizzando la chiave pubblica dell'istituzione.

3. Alberi di Merkle: L'istituzione costruisce periodicamente un albero Merkle delle voci di registro e pubblica la radice Merkle su una bacheca pubblica o blockchain. Ciò consente a chiunque di verificare l'integrità delle voci del registro senza accedere all'intero registro.

4. Blockchain: L'istituto può anche registrare i registri delle transazioni su una blockchain privata. La natura decentralizzata della blockchain garantisce che il registro rimanga coerente e verificabile, anche in presenza di server di archiviazione non affidabili.

5. TEE: L'istituzione può sfruttare i TEE per registrare e archiviare in modo sicuro le voci di registro all'interno di un'enclave protetta, proteggendole da manomissioni da parte del server di archiviazione non affidabile.

6. Protocolli di consenso: Se l'istituzione utilizza un sistema di archiviazione distribuito, può utilizzare protocolli di consenso come Raft o PBFT per garantire che tutti i nodi siano d'accordo sull'ordine e sul contenuto dei registri delle transazioni.

Implementando queste misure, l'istituto finanziario può mantenere un registro delle operazioni coerente e verificabile, garantendo l'integrità, la disponibilità e la riservatezza dei registri delle transazioni, anche quando utilizzano server di archiviazione non affidabili.

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