Déploiement et supervision de la sécurité pour architectures multi-cloud

Deployment and Security Supervision for multi-cloud architectures

• Auteur / Autrice : Alex Palesandro
• Direction : Chirine Ghedira
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 09/11/2018
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale en Informatique et Mathématiques de Lyon
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur de soutenance : Université Jean Moulin (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Seinturier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lionel Seinturier, Ernesto Damiani, Ernesto José Exposito Garcia, Salima Benbernou, Nadia Bennani, Marc Lacoste
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Ernesto Damiani, Ernesto José Exposito Garcia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation (informatique)

Programmation orientée aspects (informatique)

Systèmes virtuels (informatique)

iCloud (informatique)

Mots clés libres

Cloud

Multi-Cloud

Virtualisation

Programmation orientée aspect

Cloud

Multi-Cloud

Virtualization

Aspect-Oriented Programming

Résumé

Le Cloud Computing représente une des plus importantes avancées numériques de ces dix dernières années. Le modèle de service offert par le cloud computing est basé sur une allocation élastique et à la demande des ressources et une facturation au plus juste de leur utilisation. Plusieurs catégories d’application sont en train de migrer vers le cloud (par exemple : les NFV et les applications du Big Data). D’autres domaines applicatifs, soumis à une législation plus stricte, sont plus frileux. Leurs exigences sont souvent liées à des problématiques de sécurité et/ou à la non satisfaction par les ressources proposées par un cloud unique, peuvent trouver des réponses dans l’utilisation conjointe de plusieurs fournisseurs de cloud computing (CSPs). L’exploitation simultanée, flexible, efficace et simplifiée de plusieurs clouds requiert des propriétés qui assurent sa viabilité et son acceptation tout d’abord par les fournisseurs de clouds qui proposent des offres hétérogènes et non interopérables et qui souvent pour des raisons commerciales, ne sont pas disposés à coopérer pour faciliter le multi-cloud « à la carte » ; mais aussi du point de vue du consommateur de services cloud dont les contraintes sont le temps de mise en service et le besoin d’exprimer les besoins en services et leur configuration de manière simple et transparente et de permettre la définition de configurations de déploiement adaptées aux besoins de chaque consommateur, comparables à celles offertes par les clouds privés et optimisées pour tirer profit des spécificités de chaque fournisseur de cloud. Dans cette thèse, nous proposons un framework permettant d’exprimer indépendamment de toute solution sous-jacente les besoins en services et en fournisseurs de cloud et de générer efficacement des infrastructures de déploiement extensibles, adaptatives et contrôlables par le consommateur. Cette solution est composée de MANTUS, un outil permettant l’expression des besoins et la génération automatique d’instances, d’ORBITS, des infrastructures de déploiement multi-cloud adaptables dynamiquement grâce aux mécanismes autonomiques offerts par MANTUS.La solution proposée se décline en plusieurs contributions : tout d’abord l’extension d’un framework IaC (Infrastructure as a Code) existant, dédié à la construction de solutions multi-cloud par des mécanismes de tissage, caractéristiques de la programmation par aspects (AOP), permettant ainsi d’injecter et d’extraire des ressources à la demande. Cette extension, expérimentée sur le framework TOSCA a nécessité la proposition du langage TML (Tosca Manipulation Language) permettant de formaliser et de manipuler ces extensions. Les expérimentations effectuées montrent une surcharge acceptable induite par le mécanisme de tissage. La seconde contribution a été de doter le framework IaC TOSCA d’un outil d’expression des besoins et d’un algorithme de matching en terme, d’une part, de nombre et de caractéristiques de fournisseur de cloud -notamment la localisation- et d’autre part en terme de caractéristiques des services proposés par ceux-ci, permettant de trouver la configuration multi-cloud la plus adaptée. La troisième contribution est la définition d’une architecture « template » multi-couche, ORBITS, offrant des mécanismes d’interopérabilité inter-cloud et une vision haut niveau indépendante des clouds sous jacents. Enfin la dernière contribution proposée est la pile de virtualisation U-cloud et les protocoles liée à son déploiement qui permettent de délimiter les zones contrôlables par le consommateur des zones contrôlées par le provider. Cette proposition est basée sur l’utilisation conjointe de la virtualisation imbriquée (Nested Virtualization) et des micro-hyperviseurs réduisant la zone d’attaque (TCB).

Cloud Computing represents one of the most important changes in information and communications technology (ICT) of the latest ten years. However, after a decade since its commercial debut, there are still several applications that cloud computing is not able to fully serve. These are the applications that, due to their particularly stringent requirements, must rely simultaneously on multiple Cloud Service Providers (CSPs), rather than only one. Multiple CSPs can in fact offer a better availability, improve QoS, and break the business dependence w.r.t. a single CSP. A cloud infrastructure based on multiple CSPs is called multi-cloud.Despite the benefits of multi-clouds, organisations (i.e developers and operators of IT services) seldom accept the challenge of building applications and crossing multiple CSP domains. In fact, multi-CSP architectures come at the cost of more complex applications and the logic to in terms of architecture and performance optimization.Recently, Multi-cloud client-oriented architectures emerged as important approach to construct multi-cloud applications. It provides cloud consumers a mechanism to allocate resources over multiple CSPs without requiring any cooperation among the CSPs themselves.In particular, Infrastructure as Code-based (IaC-based) represent the reference paradigm when building multi-cloud applications.However, the adoption of IaC in the multi-cloud context us limited by the fact that the cloud consumer cannot easily reuse the infrastructure code across different applications. This is due to two major problems, which we investigate in this manuscript.First, infrastructure are composed of functional (e.g. resources for applications) and non-functional services (e.g. monitoring). Non-functional related code should be shared at most across different applications and cloud consumers. However, this separation between functional and non-functional code is often blurred and, therefore, non-functional code is hard to be shared across them. This enables the possibility of code re-using across different cloud consumers (e.g., their different multi-cloud infrastructures) and static analysis of infrastructure templates. Furthermore, we present a TML (TOSCA Manipulation Language) aspect specification language to dynamically inject “non-functional” services to the virtual multi-cloud infrastructure. Secondly, the multi-cloud paradigm is limited by the “least common denominator” barrier. The cloud consumer can hardly obtain an optimized usage of resources and services through existing IaC frameworks. Despite compatible with different CSPs, those frameworks do not specialize the output according to deployment context.To tackle the “under-specialization” of multi-cloud templates, we introduce a “context-based matching” scheduling algorithm to select the most compelling set of CSPs according to the cloud consumer needs.To validate such contributions, we defined an end-to-end workflow to optimize a multi-cloud infrastructure definition. More precisely, in our model, the cloud consumer initially models the IaC code as an high-level graph of services, leveraging the combination of TML and context-based matching adoption. The output of this workflow is the instantation of such optimized and fully-featured multi-cloud on most suitable CSPs. We implemented Mantus, a multi-cloud compiler, which encapsulates this workflow and we benchmarked this implementation according to different perspectives as scalability and performance.