AquaSonic：声学操控水下数据中心运营与资源管理
密码学与安全
2024-05-09 v2
摘要
水下数据中心（UDC）因其节能和环境可持续性优势，前景广阔。尽管水的自然散热性能可节省能耗，但孤立的水体环境以及声波在水中长距离传播特性，使其面临与陆地数据中心不同的独特安全隐患。我们的研究发现，容错存储设备、资源分配软件和分布式文件系统对声学注入攻击存在独特脆弱性。我们构建了一个模拟UDC服务器运作的真实测试平台，经验性地刻画了水下声学注入的能力，发现攻击者可使容错RAID 5存储系统吞吐量降低17%至100%。我们的闭水分析表明，攻击者可（i）仅通过2.4分钟持续声学注入即可导致分布式文件系统出现不可响应情况并自动移除节点；（ii）使分布式数据库的延迟增加最高达92.7%以降低系统可靠性；（iii）诱导负载均衡器将最高达74%的资源重定向至目标服务器，从而引发资源超载或强制资源共置。此外，我们在湖中进行开放水实验，发现攻击者可在最大可允许距离6.35米内使用商业扬声器实现可控的吞吐量降级。我们还调查并讨论了常规防御措施对声学注入攻击的有效性。最后，我们构建了一个基于机器学习的检测系统，在30秒FIO基准执行期间，对 profiled 硬盘驱动器的数据集进行训练，达到0%的误报率和98.2%的真阳性率。本工作旨在帮助制造商主动防御UDC的声学注入攻击，确保海底计算基础设施的安全。
引用
@article{arxiv.2404.11815,
title = {AquaSonic: Acoustic Manipulation of Underwater Data Center Operations and Resource Management},
author = {Jennifer Sheldon and Weidong Zhu and Adnan Abdullah and Sri Hrushikesh Varma Bhupathiraju and Takeshi Sugawara and Kevin R. B. Butler and Md Jahidul Islam and Sara Rampazzi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.11815},
year = {2024}
}
备注
Accepted to IEEE S&P 2024