Hasso-Plattner-Institut20 Jahre HPI
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David Jaeger

Enabling Big Data Security Analytics for Advanced Network Attack Detection

Die letzten Jahre haben gezeigt, dass die Komplexität von Angriffen auf Unternehmensnetzwerke stetig zunimmt. Herkömmliche Sicherheitslösungen, wie Firewalls, Antivirus-Programme oder generell Intrusion Detection Systeme (IDS), sind nicht mehr ausreichend, um Unternehmen vor solch ausgefeilten Angriffen zu schützen. Ein verbreiteter Lösungsansatz für dieses Problem ist das Sammeln und Analysieren von Ereignissen innerhalb des betroffenen Unternehmensnetzwerks mittels Security Information and Event Management (SIEM) Systemen. Die Mehrheit der derzeitigen SIEM-Lösungen auf dem Markt ist allerdings nicht in der Lage, das riesige Datenvolumen und die Vielfalt der Ereignisdarstellungen zu bewältigen. Auch wenn diese Lösungen die Daten an einem zentralen Ort sammeln können, können sie weder alle relevanten Informationen aus den Ereignissen extrahieren noch diese über verschiedene Quellen hinweg korrelieren. Aktuell werden daher nur relativ einfache Angriffe erkannt, während komplexe mehrstufige Angriffe unentdeckt bleiben. Zweifellos stehen Sicherheitsverantwortliche großer Unternehmen einem typischen Big Data-Problem gegenüber.
In dieser Arbeit wird ein prototypisches SIEM-System vorgeschlagen und implementiert, welches den Big Data-Anforderungen von Ereignisdaten mit gängigen Paradigmen, wie Datennormalisierung, Multithreading, In-Memory/Speicherung und verteilter Verarbeitung begegnet. Insbesondere wird ein größtenteils stream-basierter Workflow für die Ereignisverarbeitung vorgeschlagen, der Ereignisse in nahezu Echtzeit erfasst, normalisiert, persistiert und analysiert. In diesem Zusammenhang haben wir verschiedene Beiträge im SIEM-Kontext geleistet. Erstens schlagen wir einen Algorithmus für die Hochleistungsnormalisierung vor, der, über Threads hinweg, hochgradig parallelisiert und auf Knoten verteilt ist. Zweitens persistieren wir in eine In-Memory-Datenbank, um im Rahmen der Angriffserkennung eine schnelle Abfrage und Korrelation von Ereignissen zu ermöglichen. Drittens schlagen wir verschiedene Analyseansätze, wie beispielsweise die anomalie- und musterbasierte Erkennung, vor, die auf normalisierten und korrelierten Ereignissen basieren. Damit können wir bereits bekannte als auch bisher unbekannte Arten von Angriffen erkennen. Zuletzt haben wir die Integration von sogenannter Cyber Threat Intelligence (CTI) in den Analyseprozess untersucht. Als Beispiel erfassen wir veröffentlichte Identitätsdiebstähle von großen Dienstanbietern, um Nutzerkonten zu identifizieren, die möglicherweise in nächster Zeit durch den Missbrauch verloren gegangener Zugangsdaten kompromittiert werden könnten.
Zusammenfassend zeigen wir, dass ein SIEM-System tatsächlich ein großes Unternehmensnetzwerk mit einer massiven Menge an eingehenden Ereignissen überwachen kann. Dadurch können komplexe Angriffe, die sich über das gesamte Netzwerk erstrecken, aufgedeckt und abgewehrt werden. Dies ist ein Fortschritt gegenüber den auf dem Markt vorhandenen SIEM-Systemen.