Sử dụng CryptDB bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây

NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH XỬ LÝ DỮ LIỆU
ĐÃ MÃ HÓA SỬ DỤNG CRYPTDB BẢO MẬT
DỮ LIỆU TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY

Hà Nội, 6/2014

1


MỤC LỤC

2


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
Thuật ngữ
IT
Information Technology
NIST
National Institute of Standards and
Technology
MIT
Massachusetts Institute of
Technology
SLA
Service Level Agreement
QoS
Quality of Service
IaaS
Infrastructure-as-a-Service

PaaS
Platform-as-a-Service
SaaS
Software-as-a-Service
DBaaS Database-as-a-Service
VM
Virtual Machine
CRM
Customer Relationship
Management
ERP
Enterprise Resource Planning
SQL
DBMS
UDF
DBA
MK
PRP
PRF

Structured Query Language
Database Management System
User-Defined Function
Database Administrator
Master Key
Pseudo-Random Permutation
Pseudo-Random Function

3

Ý nghĩa
Công nghệ thông tin
Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ
Quốc gia Hoa Kỳ
Viện Công nghệ
Massachusetts
Hợp đồng thỏa thuận dịch vụ
Chất lượng dịch vụ
Cơ sở hạ tầng như một dịch vụ
Nền tảng như một dịch vụ
Phần mềm như một dịch vụ
Cơ sở dữ liệu như một dịch vụ
Máy ảo
Quản lý quan hệ khách hàng
hoạch định nguồn lực doanh
nghiệp
Ngôn ngữ truy vấn cấu trúc
Hệ quản trị cơ sở dữ liệu
Hàm người dùng định nghĩa
Quản trị viên cơ sở dữ liệu
Khóa chính
Hoán vị giả ngẫu nhiên
Hàm giả ngẫu nhiên


DANH MỤC HÌNH ẢNH

4

Ngày nay, cùng với sự phát triển vũ bão của công nghệ thông tin, hệ thống
phần mềm ứng dụng, hệ thống máy chủ của các tổ chức doanh nghiệp ngày
càng tăng nhanh. Điều đó dẫn tới chi phí đầu tư cho hạ tầng công nghệ thông
tin ngày càng lớn, chi phí cho việc quản lý hệ thống cũng tăng lên. Để giảm
thiểu được các chi phí đó và tăng khả năng ứng dụng công nghệ thông tin
trong sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp, điện toán đám mây là giải pháp
đang được rất nhiều doanh nghiệp lựa chọn. Bên cạnh những lợi ích to lớn mà
điện toán đám mây đem lại, nó cũng tồn tại một số hạn chế nhất định, nhất là
trong vấn đề bảo mật dữ liệu của người sử dụng. Trong thời đại ngày nay,
nhiều thông tin, dữ liệu nhạy cảm có giá trị rất to lớn, đôi khi nắm vai trò
sống còn của một doanh nghiệp, vấn đề đảm bảo bí mật cho những thông tin,
dữ liệu như vậy khi lưu trữ trên đám mây của nhà cung cấp dịch vụ lại càng
trở nên quan trọng hơn bao giờ hết. Vậy làm thế nào để những nhà cung cấp
dịch vụ điện toán đám mây có thể đảm bảo những thông tin quan trọng đó của
khách hàng không bị lộ.
Đề tài “Nghiên cứu mô hình xử lý dữ liệu đã mã hóa sử dụng
CryptDB bảo mật dữ liệu trong điện toán đám mây” nhằm mục đích
nghiên cứu, tìm hiểu, xây dựng, thử nghiệm và đưa ra một phương pháp mới
giải quyết bài toán bảo đảm bí mật cho những dữ liệu, thông tin nhạy cảm
được lưu trữ trên điện toán đám mây.
Nội dung đồ án gồm có 3 chương, trong đó:
Chương 1. Tổng quan về điện toán đám mây và vấn đề bảo mật dữ
liệu trong điện toán đám mây. Kết thúc chương này ta sẽ có cái nhìn tổng
quan nhất về điện toán đám mây, biết được những lợi ích to lớn mà điện toán
đám mây đem lại so với điện toán truyền thống cũng như một số vấn đề về
bảo mật dữ liệu chúng ta sẽ gặp phải khi sử dụng các dịch vụ điện toán đám
mây.
Chương 2. Mô hình xử lý dữ liệu đã mã hóa bảo mật dữ liệu trong
điện toán đám mây. Chương này sẽ trình bầy về một chủ đề đang rất được
quan tâm trong điện toán đám mây, đó là Database-as-a-Service – DBaaS hay

còn được gọi là cơ sở dữ liệu như một dịch vụ. Đồng thời cũng giới thiệu về
một giải pháp mới để đảm bảo bí mật cho dữ liệu được lưu trữ trên cơ sở dữ
5


liệu của bên thứ ba đó là CryptDB, cũng như phân tích hoạt động của
CryptDB trong việc xử lý dữ liệu đã mã hóa.
Chương 3. Triển khai cài đặt, thử nghiệm và đánh giá mô hình. Kết
thúc chương này ta sẽ thấy rõ hơn cách mà CryptDB được áp dụng trong thực
tế để đảm bảo bí mật cho dữ liệu khi lưu trữ trên cơ sở dữ liệu của một nhà
cung cấp dịch vụ điện toán đám mây.

6


CHƯƠNG TỔNG
1.
QUAN VỀ ĐIỆN TOÁN ĐÁM MÂY VÀ
VẤN ĐỀ BẢO MẬT DỮ LIỆU TRONG ĐIỆN TOÁN ĐÁM
MÂY.
1.1. Khái niệm.
Khái niệm về điện toán đám mây xuất hiện từ những năm 1960 trở lại đây,
khi John McCarthy phát biểu rằng “một ngày nào đó tính toán được tổ chức
như một tiện ích công cộng”. Các đặc điểm của điện toán đám mây tạo ra như
khả năng co giãn, cung cấp như một tiện ích trực tuyến, với khả năng xem
như vô hạn.
Hiện nay, điện toán đám mây được rất nhiều tổ chức và cá nhân định
nghĩa khác nhau. Dưới đây là một số khái niệm điện toán đám mây:
Theo Rajkumar Buyya: “Điện toán đám mây là một loại hệ thống phân bố
và xử lý song song gồm các máy tính ảo kết nối với nhau và được cung cấp

động cho người dùng như một hoặc nhiều tài nguyên đồng nhất dựa trên sự
thỏa thuận dịch vụ giữa nhà cung cấp và người sử dụng”.
Theo Ian Foster “Điện toán đám mây là một mô hình điện toán phân tán
có tính co giãn lớn mà hướng theo co giãn về mặt kinh tế, là nơi chứa các sức
mạnh tính toán, kho lưu trữ, các nền tảng và các dịch vụ được trực quan, ảo
hóa và co giãn linh động, sẽ được phân phối theo nhu cầu cho các khách
hàng bên ngoài thông qua Internet”.
Theo Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ (NIST): “Điện
toán đám mây là một mô hình cho phép truy cập mạng thuận tiện, theo nhu
cầu đến một kho tài nguyên điện toán dùng chung, có thể định cấu hình:
mạng, máy chủ, lưu trữ, ứng dụng,…có thể được cung cấp và thu hồi một
cách nhanh chóng với yêu cầu tối thiểu về quản lý hoặc can thiệp của nhà
cung cấp dịch vụ.”

7


Hình 1. Điện toán đám mây

1.2. Mô hình kiến trúc điện toán đám mây
1.2.1. Kiến trúc phân lớp dịch vụ
Hiện nay có một số mô hình kiến trúc phân lớp dịch vụ cho điện toán đâm
mây, ví dụ như mô hình kiến trúc dịch vụ của SOMF như hình 1.1. Tùy theo
nhà cung cấp dịch vụ điện toán đám mây, họ sẽ cung cấp các loại dịch vụ điện
toán đám mây khác nhau

Hình 1. Mô hình kiến trúc dịch vụ điện toán đám mây của SOMF

8

Tuy nhiên tựu chung của các mô hình kiến trúc dịch vụ điện toán đám
mây đều có ba loại dịch vụ điện toán đám mây cơ bản là: dịch vụ cơ sở hạ
tầng (Infrastructure as a Service – IaaS), dịch vụ nền tảng (Platform as a
Service – PaaS) và dịch vụ phần mềm (Software as a Service – SaaS). Cách
phân loại này thường được gọi là mô hình SPI. Hình 1.3 dưới đây sẽ mô tả
mô hình dịch vụ SPI (Software – Platform – Infrastructure).

Hình 1. Mô hình SPI

9


Trong hình 1.4 dưới đây sẽ cho chúng ta thấy mô hình SPI của điện toán
đám mây gắn liền với một số ứng dụng, dịch vụ cụ thể trong thực tế.

Hình 1. Mô hình SPI với các ứng dụng trong thực tế

Mô hình dịch vụ xác định tùy chọn điều khiển khác nhau cho các khách
hàng và cung cấp dịch vụ điện toán đám mây. Ví dụ, khách hàng SaaS chỉ
cần sử dụng các ứng dụng và dịch vụ được cung cấp bởi các CSP, nơi IaaS
khách hàng duy trì kiểm soát môi trường của mình được lưu trữ trên cơ sở
hạ tầng cơ bản của CSP. Ba mô hình dịch vụ thường được sử dụng nhất
được mô tả như sau.
SaaS: Khả năng cho khách hàng sử dụng các ứng dụng của nhà cung cấp
đang chạy trên một cơ sở hạ tầng điện toán đám mây. Các ứng dụng có thể
truy cập từ các thiết bị khách hàng khác nhau hoặc thông qua một giao diện
chẳng hạn như một trình duyệt web, hoặc một giao diện chương trình.
PaaS: Khả năng cho khách hàng triển khai các ứng dụng của họ (được tạo
ra hoặc mua lại) vào cơ sở hạ tầng điện toán đám mây, sử dụng ngôn ngữ lập

trình, thư viện, dịch vụ, và các công cụ hỗ trợ của nhà cung cấp.

10


IaaS: Khả năng cho khách hàng sử dụng xử lý của nhà cung cấp, lưu trữ,
mạng, và tài nguyên máy tính cơ bản khác để triển khai và chạy hệ điều hành,
các ứng dụng và phần mềm khác trên một cơ sở hạ tầng điện toán đám mây.
Sự khác biệt chính giữa các cấp dịch vụ liên quan đến cách điều khiển
được chia sẻ giữa các khách hàng và CSP, do đó ảnh hưởng đến mức độ trách
nhiệm cho cả hai bên. Cần lưu ý rằng, khác hơn trong một đám mây thực sự
tin (on-premise) kịch bản, khách hàng hiếm khi có bất kỳ kiểm soát phần
cứng, và nó là mức độ mà các thành phần ảo, các ứng dụng và phần mềm
được quản lý bởi các bên khác nhau để phân biệt các mô hình dịch vụ. Theo
nguyên tắc chung, SaaS cung cấp cho khách hàng với số tiền ít nhất kiểm
soát, trong khi IaaS cung cấp sự kiểm soát nhất cho khách hàng.
Điều quan trọng cần lưu ý là những mô tả triển khai và mô hình dịch vụ,
mặc dù được chấp nhận rộng rãi bởi các ngành công nghiệp, có thể không
hoàn toàn được theo sau bởi các nhà cung cấp điện toán đám mây hoặc phản
ánh môi trường điện toán đám mây thực tế. Ví dụ, một CSP có thể được bán
một "đám mây riêng" dịch vụ không đáp ứng được mục đích của "tư nhân"
như được mô tả ở trên. Tương tự như vậy, các chi tiết về những gì được và
những gì không được bao gồm trong một dịch vụ cụ thể có thể sẽ khác nhau
giữa các CSP, ngay cả khi họ từng xác định dịch vụ của họ bằng cách cùng kỳ
hạn (IaaS, PaaS hay SaaS).
Mức độ trách nhiệm an ninh trên các mô hình dịch vụ điện toán đám mây
nói chung và di cư đối với khách hàng là khách hàng di chuyển từ một mô
hình SaaS (trách nhiệm của khách hàng ít nhất) đến một mô hình IaaS (hầu
hết trách nhiệm của khách hàng). Mức độ lớn nhất của trách nhiệm cho các
CSP để duy trì kiểm soát an ninh và hoạt động hiện diện trong mô hình dịch

vụ SaaS.
Hình dưới đây cho thấy cách kiểm soát thường được chia sẻ giữa các CSP
và khách hàng qua các mô hình dịch vụ khác nhau.

11


Hình 1. Mức độ kiểm soát/trách nhiệm giữa khách hàng và nhà cung cấp dịch vụ

Trong khi khách hàng có thể được thu hút vào các mô hình SaaS và PaaS
do tiết kiệm tài nguyên và giảm trách nhiệm về quản lý môi trường điện toán
đám mây, họ nên biết rằng các mô hình này cũng tương ứng với một mất mát
lớn hơn của kiểm soát các dữ liệu nhạy cảm của họ. Thỏa thuận hợp đồng và
thẩm định liên tục trở nên đặc biệt quan trọng, nơi kiểm soát là bên ngoài, để
đảm bảo rằng các biện pháp an ninh cần được đáp ứng và duy trì bởi CSP
trong thời gian thỏa thuận.
1.2.1.1. Dịch vụ ứng dụng (Software as a Service – SaaS)
Các dịch vụ ứng dụng phần mềm SaaS đem đến cho tổ chức, doanh
nghiệp nhiều lợi ích. Đơn vị trả chi phí theo mức độ sử dụng hàng tuần, hàng
tháng mà không phải trả toàn bộ phí bản quyền ngay từ đầu. Ngân sách của
doanh nghiệp không phải gánh một khoản đầu tư ban đầu lớn mà sẽ chi trả
dần dần và tăng lên khi thực sự có nhu cầu. Bên cạnh đó, tổ chức, doanh
nghiệp cũng có lợi thể dùng thử và lựa chọn phần mềm như một dịch vụ phù
hợp, giảm thiểu được chi phí.
Dịch vụ ứng dụng SaaS là một mô hình dịch vụ phần mềm triển khai qua
Internet, trong đó, SaaS sẽ cung cấp giấy phép một ứng dụng cho khách hàng
để sử dụng một dịch vụ theo yêu cầu, hay còn gọi là “phần mềm theo yêu
cầu”. Mô hình SaaS cho phép các nhà cung cấp phát triển, lưu trữ và vận hành
phần mềm để khách hàng sử dụng. Thay vì mua các phần cứng và phần mềm
để chạy một ứng dụng, khách hàng chỉ cần một máy tính hoặc một máy chủ

12


để tải ứng dụng và truy cập Internet để chạy phần mềm. Phần mềm này có thể
được cấp phép cho một người dùng duy nhất hoặc cho một nhóm người dùng
Ứng dụng các dịch vụ đám mây hay “Software as a service -SaaS” cung
cấp phần mềm như một dịch vụ trên Internet, không cần cài đặt hay chạy
chương trình trên máy tính phía khách hàng. Những ứng dụng cung cấp cho
khách hàng được cài đặt, cấu hình trên máy chủ từ xa. Đồng thời công việc
bảo trì đơn giản và được hướng dẫn từ nhà cung cấp.

Hình 1. SaaS cung cấp dịch vụ cho khách hàng

Thuật ngữ “SaaS” và “cloud” có thể thay thế được cho nhau, nhưng thực
tế đó là hai khái niệm khác nhau. Chúng bao gồm các đặc điểm sau:
•
•

Dựa vào mạng khách hàng truy cập, quản lý và thương mại
Các hoạt động được xử lý tại trung tâm và cho phép khách hàng truy
cập từ xa thông qua trình duyệt web.

SaaS có thể được chia thành hai loại chính:
Cung cấp cho doanh nghiệp: Đây là những giải pháp kinh doanh được
cung cấp cho các công ty và doanh nghiệp. Chúng được cung cấp thông
qua doanh nghiệp đăng ký dịch vụ. Các ứng dụng được cung cấp thông
qua hình thức trên bao gồm các quá trình kinh doanh như quản lý dây
chuyền cung cấp, quan hệ khách hàng và các công cụ hướng kinh
doanh.
• Cung cấp cho cá nhân: Các dịch vụ này được cung cấp cho công chúng

trên cơ sở thuê bao đăng ký. Tuy nhiên, họ được cung cấp miễn phí và
hỗ trợ thông qua quảng cáo. Ví dụ trong loại hình này gồm có dịch vụ
•

13


web mail, chơi game trực tuyến, và ngân hàng của người tiêu dùng, và
nhiều kiểu khách hàng khác.
Những ưu điểm khi sử dụng SaaS mang lại cho khách hàng là chi phí sẽ
thấp hơn các phần mềm cấp phép, các dịch vụ SaaS có tính năng tiết kiệm chi
phí lớn nhất bởi khi sử dụng SaaS khách hàng sẽ loại bỏ những công việc
thực sự không cần thiết cho các doanh nghiệp như cài đặt và duy trì phần
cứng, trả công cho nhân viên, và duy trì các ứng dụng. Đồng thời các nhà
cung cấp SaaS thường có kiểm tra an ninh rất tỉ mỉ.
Bên cạnh nhưng ưu điểm thì sẽ có những nhược điểm gây trở ngại kỹ
thuật để xây dựng một SaaS hiệu quả với mô hình nhiều khách hàng. Điều
này đã trở nên dễ dành hơn và dễ dành hơn so với vấn đề ảo hóa, nhưng thiết
kế một ứng dụng có hiệu quả cung cấp cho hàng ngàn khách hàng qua
Internet là công việc khó khăn.
Đặc điểm của SaaS:
Thiết lập vị trí các ứng dụng do nhà cung cấp dịch vụ SaaS quản lý, còn
việc sử dụng tài nguyên và sử dụng các ứng dụng dịch vụ SaaS do
người sử dụng quản lý.
• Phần cứng, ảo hóa, hệ điều hành và các phần sụn hoàn toàn do nhà
cung cấp dịch vụ SaaS quản lý và kiểm soát.
•

Hình 1. Phạm vi kiểm soát giữa nhà cung cấp/sử dụng dịch vụ SaaS

14


1.2.1.2. Dịch vụ nền tảng hệ thống (Platform as a Service – PaaS)
Dịch vụ nền tảng hệ thống PaaS cung cấp các nền tảng điện toán cho phép
khách hàng phát triển các phần mềm, phục vụ nhu cầu tính toán hoặc xây
dựng thành dịch vụ trên nền tảng đám mây đó. Dịch vụ PaaS có thể được
cung cấp dưới dạng các ứng dụng lớp giữa (middleware), các máy chủ ứng
dụng (application server) cùng các công cụ lập trình với ngôn ngữ lập trình
nhất định để xây dựng ứng dụng. Dịch vụ PaaS cũng có thể được xây dựng
riêng và cung cấp cho khách hàng thông qua một API riêng. Khách hàng xây
dựng ứng dụng và tương tác với hạ tầng điện toán đám mây thông qua API
đó.
Đây là tầng cung cấp dịch vụ nền tảng để chạy các ứng dụng. Các ứng
dụng này có thể đang chạy trong đám mây hay chạy trong một trung tâm dữ
liệu truyền thống. Để đạt được khả năng mở rộng cần thiết trong một đám
mây, các dịch vụ thường được ảo hóa. Việc ảo hóa được các nhà sản xuất lớn
giới thiệu như IBM® WebSphere® Application Server virtual images,
Amazon Web Services, Boomi, Cast Iron, và Google App Engine. Các dịch
vụ nền tảng cho phép khách hàng chạy các ứng dụng dựa trên cơ sở hạ tầng
dịch vụ được bên thứ ba cung cấp.
Nền tảng là nơi cung cấp tất cả các nguồn lực cần thiết để xây dựng các
ứng dụng và dịch vụ hoàn toàn từ Internet, mà không cần phải tải về hay cài
đặt phần mềm.

Hình 1. PaaS cho phép khách hàng truy cập vào một nền tảng trên điện toán đám mây

Một lỗi phía nhà cung cấp nên tảng dẫn tới không còn khả năng tương tác
với khách hàng, buộc phải chuyển qua nhà cung cấp khác. Trường hợp người
dùng tạo một ứng dụng với một nhà cung cấp điện toán đám mây và quyết

15


định chuyển đến một nhà cung cấp khác, có thể ứng dụng không hoạt động
được hoặc sẽ phải trả một mức giá cao để ứng dụng có thể hoạt động lại. Nếu
nhà cung cấp không còn cung cấp dịch vụ thì ứng dụng và dữ liệu của khách
hàng sẽ bị mất.
Nền tảng hướng dịch vụ thường cung cấp một giao diện người dùng dựa
trên HTML hoặc JavaScript.
Nền tảng hướng dịch vụ hỗ trợ phát triển giao diện web như Simple
Object Access Protocol (SOAP) và REST (Representational State Tranfer),
cho phép xây dựng nhiều dịch vụ web.
Tùy chọn PaaS có ba loại khác nhau:
Cơ sở phát triển bổ sung (Add-on development facilities): Điều này cho
phép các ứng dụng SaaS được lựa chọn. Thông thường, các nhà phát
triển PaaS và khách hàng được yêu cầu đăng ký cho các tiện ích ứng
dụng SaaS.
• Môi trường độc lập (Stand-alone environments) Những môi trường
không cung cấp giấy phép, kỹ thuật.
• Môi trường chỉ phân phối ứng dụng (Application delivery-only
environments) Những môi trường hỗ trợ dịch vụ lưu trữ theo cấp độ,
như khả năng mở rộng theo nhu cầu bảo mật. Nhưng không bao gồm
nhiệm vụ phát triển, gỡ lỗi, và kiểm tra.
•

Một số yếu tố khác ảnh hưởng đến tiếp nhận công nghệ:
• Khả năng làm việc của nhóm phát triển bị cô lập bởi vị trí địa lý.
• Khả năng hợp nhất các dịch vụ web từ nhiều nguồn.
• Khả năng thực hiện tiết kiệm chi phí sử dụng, tích hợp các dịch vụ cơ
sở hạ tầng bảo mật, khả năng mở rộng, và chuyển đổi dự phòng.

Có hai trở ngại chính mà các nhà phát triển phải đối mặt khi xem xét
PaaS. Thứ nhất các nhà cung cấp sử dụng dịch vụ độc quyền hoặc các ngôn
ngữ phát triển, một số nhà phát triển sợ bị phụ thuộc vào một nhà cung cấp
duy nhất. Hai là các nhà cung cấp có thể cho phép các ứng dụng sẽ được làm
việc với một nhà cung cấp khác, tuy nhiên chi phí thường cao hơn.
16


Hình 1. Phạm vi kiểm soát giữa nhà cung cấp/sử dụng dịch vụ PaaS

1.2.1.3. Dịch vụ cơ sở hạ tầng (Infrastructure as a Service – IaaS)
Các dịch vụ cơ sở hạ tầng IaaS cung cấp cho khách hàng tài nguyên hạ
tầng điện toán như máy chủ, mạng, không gian lưu trữ và các công cụ quản trị
tài nguyên đó. Các tài nguyên này thường được ảo hoá, chuẩn hoá thành một
số cấu hình trước khi cung cấp để đảm bảo khả năng linh hoạt trong quản trị
cũng như hỗ trợ tự động hoá.
Tầng dưới cùng của đám mây là tầng cung cấp dịch vụ cơ sở hạ tầng. Ở
đây là một tập hợp các tài nguyên vật lí như các máy chủ, các thiết bị mạng và
các đĩa cứng lưu trữ được đưa ra như dịch vụ với mục đích cung cấp cho
khách hàng. Cũng như với các dịch vụ nền tảng, ảo hóa là một phương pháp
thường được sử dụng để tạo ra bản phân phối các nguồn tài nguyên theo yêu
cầu. Các nhà sản xuất lớn cung cấp cơ sở hạ tầng bao gồm IBM Bluehouse,
VMware, Amazon EC2, Microsoft Azure Platform, Sun ParaScale Cloud
Storage.

Hình 1. IaaS cho phép nhà cung cấp dịch vụ thuê những tài nguyên phần cứng

17

Các dịch vụ cơ sở hạ tầng tập trung vào vấn đề trang bị cho các trung tâm
dữ liệu bằng cách đảm bảo công suất điện toán khi cần thiết. Trên thực tế các
kỹ thuật ảo hóa thường được sử dụng trong tầng này, nên có thể thấy rõ sự tiết
kiệm chi phí khi sử dụng tài nguyên hệ thống.

Hình 1. Phạm vi kiểm soát giữa nhà cung cấp/sử dụng dịch vụ IaaS

1.2.2. Mô hình triển khai
Điện toán đám mây phân thành ba mô hình triển khai: điện toán đám mây
riêng, đám mây công cộng và đám mây lai. Sau đây chúng ta sẽ đi tìm hiểu
lần lượt từng mô hình triển khai.

Hình 1. Mô hình triển khai điện toán đám mây

1.2.2.1. Đám mây riêng
Các đám mây riêng là các dịch vụ đám mây được cung cấp trong doanh
nghiệp. Những đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và chúng
được doanh nghiệp quản lý.
Các đám mây riêng đưa ra nhiều lợi ích giống như các đám mây chung,
điểm khác biệt chính là doanh nghiệp chịu trách nhiệm thiết lập và bảo trì
18


đám mây. Việc thiết lập đám mây riêng đôi khi không còn chi phí cho việc sử
dụng và duy trì hoạt động liên tục của đám mây và có thể vượt quá chi phí khi
sử dụng một đám mây chung.

Hình 1. Các thành phần trong đám mây riêng

Các đám mây riêng có nhiều lợi thế hơn so với đám mây chung. Việc kiểm

soát chi tiết các tài nguyên khác nhau trên đám mây giúp công ty có các lựa
chọn cấu hình phù hợp. Các đám mây riêng sẽ rất lý tưởng khi công việc đang
được thực hiện không cần đến một đám mây chung và sẽ không lo ngại tới
vấn đề an ninh, quản lý.
Các đám mây riêng là các dịch vụ đám mây được xây dựng trong hệ thống
của doanh nghiệp. Những đám mây này tồn tại bên trong tường lửa công ty và
chúng được doanh nghiệp quản lý. Các vấn đề khó khăn và chi phí của việc
thiết lập một đám mây riêng đôi khi có thể có chiều hướng ngăn cản việc xây
dựng và sử dụng hệ thống loại này. Ngoài ra chi phí hỗ trợ hoạt động liên tục
của đám mây riêng có thể vượt quá chi phí của việc sử dụng một đám mây
công cộng.
Các đám mây riêng đưa ra nhiều lợi thế hơn so với loại công cộng. Việc
kiểm soát chi tiết hơn trên các tài nguyên khác nhau sẽ tạo thành một đám
mây mang lại cho công ty tất cả các tùy chọn cấu hình có sẵn. Ngoài ra, các
19


đám mây riêng là lý tưởng khi các kiểu công việc được thực hiện có các yêu
cầu về an ninh và quản lý không phù hợp cho một đám mây công cộng.
1.2.2.2. Đám mây công cộng
Các đám mây công cộng là các dịch vụ đám mây được một bên thứ ba
(người bán) cung cấp. Chúng tồn tại ngoài tường lửa công ty và chúng được
lưu trữ đầy đủ và do nhà cung cấp đám mây quản lý.
Các đám mây công cộng cung cấp cho khách hàng các dịch vụ công
nghệ thông tin tốt nhất. Có thể là phần mềm, cơ sở hạ tầng ứng dụng hoặc cơ
sở hạ tầng vật lý. Các nhà cung cấp đám mây chịu trách nhiệm cài đặt, quản
lý, cung cấp và bảo trì. Khách hàng tính phí cho các tài nguyên nào mà họ sử
dụng.
Các dịch vụ thường được cung cấp với các quy ước về cấu hình, chúng
được cung cấp với những trường hợp sử dụng phổ biến nhất. Khách hàng chỉ

có quyền truy cập vào tài nguyên được cấp phát.

Hình 1. So sánh giữa đám mây riêng và đám mây công cộng

Các đám mây công cộng là các dịch vụ đám mây được một bên thứ ba
(người bán) cung cấp. Chúng nằm ngoài hệ thống mạng của tổ chức và chúng
được lưu trữ đầy đủ và được nhà cung cấp đám mây quản lý. Các đám mây
công cộng cố gắng cung cấp cho người tiêu dùng các thành phần công nghệ
tối ưu nhất, cho dù đó là phần mềm, cơ sở hạ tầng ứng dụng hoặc cơ sở hạ
tầng vật lý.
20


Nhà cung cấp đám mây chịu trách nhiệm về cài đặt, quản lý, cung cấp và
bảo trì các thành phần này. Khách hàng chỉ chịu phí cho các tài nguyên nào
mà họ sử dụng, vì thế cái chưa sử dụng được loại bỏ. Tất nhiên điều này liên
quan đến chi phí. Các dịch vụ này thường được cung cấp với "quy ước về cấu
hình" nghĩa là chúng được phân phối với ý tưởng cung cấp các trường hợp sử
dụng phổ biến nhất. Các tùy chọn cấu hình thường là một tập hợp con nhỏ
hơn so với những gì mà chúng đã có nếu nguồn tài nguyên đã được người
dùng kiểm soát trực tiếp. Một điều khác cần lưu ý là kể từ khi người dùng có
quyền kiểm soát cơ sở hạ tầng, các quy trình đòi hỏi tuân thủ quy định an
ninh chặt chẽ và điều này không phải lúc nào cũng thích hợp cho các đám
mây chung.

Hình 1. Đám mây công cộng

1.2.2.3. Đám mây lai
Các đám mây lai là một sự kết hợp của các đám mây công cộng và riêng.
Những đám mây này thường do doanh nghiệp tạo ra và các trách nhiệm quản

lý sẽ được phân chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng.
Đám mây lai sử dụng các dịch vụ có trong cả không gian công cộng và riêng.
Các đám mây lai là câu trả lời khi một công ty cần sử dụng các dịch vụ
của cả hai đám mây riêng và công cộng. Theo hướng này, một công ty có thể
21


lựa chọn đám mây công cộng hay riêng dựa trên các mục tiêu và nhu cầu của
các dịch vụ cần triển khai. Một đám mây lai được xây dựng tốt có thể phục vụ
các quy trình nhiệm vụ quan trọng của doanh nghiệp yêu cầu cao về tính ổn
định, an toàn, cũng như những ứng dụng không quan trọng.
Hạn chế chính với đám mây này là sự khó khăn trong việc tạo ra và quản
lý có hiệu quả một giải pháp như vậy. Hệ thống phải có thể tiếp nhận được và
cung cấp các dịch vụ lấy từ các nguồn khác nhau như thể chúng có chung
nguồn gốc, hay phức tạp hơn là hỗ trợ tương tác giữa các thành phần riêng và
chung. Do đây là một khái niệm kiến trúc tương đối mới trong điện toán đám
mây, nên cách hiện thực và các công cụ hỗ trợ mô hình này vẫn còn được
nghiên cứu.
Là sự kết hợp của các đám mây công cộng và riêng. Những đám mây này
thường do doanh nghiệp tạo ra và chịu trách nhiệm quản lý. Nó được phân
chia giữa doanh nghiệp và nhà cung cấp đám mây công cộng. Đám mây lai sử
dụng các dịch vụ có trong cả trong đám mây công cộng và riêng.
Các đám mây lai được các công ty sử dụng dịch vụ trên đó. Công ty có
thể đưa ra những lợi ích khi sử dụng đám mây chung và riêng. Một đám mây
lai được xây dựng tốt để có thể phục vụ khách hàng tốt nhất, an toàn.
Hạn chế chính với đám mây lai là khó khăn trong việc tạo ra và quản lý
chúng. Giải pháp đặt ra là tiếp nhận và cung cấp các dịch vụ từ các nguồn
khác nhau như thể chúng có nguồn gốc từ một nơi và có thể tương tác giữa
các đám mây riêng và chung.

22


Hình 1. Mô hình đám mây lai

1.2.2.4. Đám mây cộng đồng
Các đám mây cộng đồng là các đám mây được chia sẻ bởi một số tổ chức
và hỗ trợ một cộng đồng cụ thể có mối quan tâm chung như: chung mục đích,
yêu cầu an ninh, chính sách. Nó có thể được quản lý bởi các tổ chức hoặc một
bên thứ ba.
Một đám mây cộng đồng có thể được thiết lập bởi một số tổ chức có
yêu cầu tương tự và tìm cách chia sẻ cơ sở hạ tầng để thực hiện một số lợi ích
của điện toán đám mây.
Tùy chọn này là tốn kém hơn nhưng có thể đáp ứng về sự riêng tư, an
ninh hoặc tuân thủ các chính sách tốt hơn.
1.3. Vấn đề bảo mật trong điện toán đám mây
1.3.1. An toàn liên quan đến kiến trúc của điện toán đám mây
Một đám mây là một cụm máy tính kết nối nhau thông qua mạng cục bộ
hoặc mạng diện rộng trên cơ sở ảo hóa tài nguyên phần cứng nhờ chức năng
ảo hóa để cung cấp một cách trong suốt ba dịch vụ cơ bản của điện toán đám
mây là SaaS, PaaS và IaaS. Mô hình triển khai đám mây có thể là công cộng,
23


đám mây riêng hoặc cộng đồng hay hỗn hợp như đã nói ở phần trên. Các dịch
vụ điện toán đám mây có kiến trúc phân tầng (layer), mỗi tầng cung cấp các
dịch vụ và tiện ích (chức năng) riêng của nó trên cơ sở các dịch vụ và tiện ích
của tầng thấp hơn. Vì vậy an ninh của hệ thống phụ thuộc vào an ninh của
mỗi tầng được thiết kế và cài đặt kèm theo như là 1 dịch vụ hay tiện ích.

Hình 1. Kiến trúc phân tầng dịch vụ trong điện toán đám mây.

1.3.1.1. An ninh ở mức hạ tầng
An ninh của các dịch vụ ở tầng thấp như tầng vật lý hay hạ tầng (IaaS)
phụ thuộc vào nhà cung cấp, tức là chủ sở hữu của đám mây. Hiện tại, có một
số nhà cung cấp dịch vụ IaaS nhưng chưa có chuẩn nào về an ninh cho các
dịch vụ này. Về mặt nguyên tắc, khách hàng thuê bao dịch vụ IaaS có thể áp
đặt các chính sách an ninh của mình bằng cách phát triển các dịch vụ hay tiện
ích riêng thông qua các dịch vụ của tầng vật lý và các dịch vụ IaaS của nhà
cung cấp. Chính sách về an toàn ở mức này là rất phức tạp vì nhiều chính sách
khác nhau áp đặt lên cùng một môi trường phần cứng (vật lý).
Những mối đe dọa an toàn ở mức này có thể liên quan tới máy chủ ảo
(Virtual Machine) như là vi-rút và các phần mềm độc hại khác. Nhà cung cấp
dịch vụ chịu trách nhiệm chính về giải pháp cho vấn đề này. Khách hàng thuê
bao cũng có thể thực hiện các giải pháp và chính sách an toàn riêng cho mình,
từ đó làm gia tăng gánh nặng lên phần cứng và hiệu năng chung của hệ thống.
Các máy chủ ảo vẫn có thể bị lây nhiễm hay bị kiểm soát bởi phần mềm độc
hại. Trong trường hợp này, các chính sách an ninh của khách hàng có thể bị
24


vô hiệu, như vậy nhà cung cấp dịch vụ phải là người có vai trò chính trong an
ninh ở mức này. Ngoài ra, vì IaaS khai thác hạ tầng vật lý và chính sách
chung như DNS Server, Switch, IP protocol,… Vì vậy, khả năng bị tấn công
vào “khách hàng yếu nhất” sau đó “lây lan” cho các khách hàng khác. Vấn đề
này hiện nay khách hàng thuê bao không thể can thiệp gì vì nhiều máy chủ ảo
chia sẻ cùng tài nguyên vật lý như CPU, bộ nhớ, đĩa,… Mọi ánh xạ vật lýmáy ảo, máy ảo-vật lý đều thông qua một “bộ ảo hóa”, nếu bộ này bị phần
mềm độc hại kiểm soát thì toàn bộ khách hàng trong đám mây sẽ bị cùng một
mối hiểm họa như nhau.
1.3.1.2. An ninh ở mức dịch vụ nền tảng

Ở mức trung gian, dịch vụ nền tảng (PaaS) dựa trên dịch vụ tầng dưới
(IaaS) và cung cấp dịch vụ của mình cho tầng trên nó (SaaS). Ở mức này, các
dịch vụ hay tiện ích về an toàn có thể được cài đặt thêm hoặc cấu hình các
dịch vụ được cung cấp từ tầng dưới. Ở đây, người dùng có thể quản trị phần
thuê bao của mình để tạo ra môi trường thực thi các ứng dụng. Hiện nay, dịch
vụ PaaS của đám mây dựa trên mô hình kiến trúc hướng dịch vụ (SOA) vì
vậy những nguy cơ về an toàn giống hệt như những nguy cơ an toàn của SOA
như tấn công từ chối dịch vụ, tấn công XML và nhiều cách tấn công khác.
Vì dịch vụ nền tảng là dịch vụ đa thuê bao, nhiều người dùng nên cơ chế
xác thực, chứng thực là rất quan trọng. Trách nhiệm bảo mật và an toàn trong
trường hợp này liên quan đến cả nhà cung cấp, người thuê bao và người dùng
(user). Các dịch vụ PaaS phải cung cấp môi trường để phát triển ứng dụng
bao gồm chức năng tác nghiệp, các chức năng an toàn và quản lí hệ thống.
Nhà cung cấp cần có cơ chế bắt buộc chứng thực để truy cập các dịch vụ
PaaS, người thuê bao có trách nhiệm phát triển hay cung cấp các chức năng
bảo mật cần thiết thông qua cơ chế chứng thực chung và người dùng phải có
trách nhiệm bảo vệ tài khoản đăng nhập cá nhân của mình.
1.3.1.3. An ninh ở mức dịch vụ phần mềm
Ở mức dịch vụ phần mềm (SaaS), các phần mềm được cung cấp như là
dịch vụ trên mạng, sử dụng các chính sách bảo mật dữ liệu và tài nguyên khác
từ các tầng bên dưới cung cấp. Một số dịch vụ phần mềm khá phổ biến hiện
nay là Google Search Engine, Google mail… Khách hàng của các dịch vụ này
25