Security in Cloud Computing: Evaluation and Integration

Au cours de la dernière décennie, le paradigme du Cloud Computing a révolutionné la manière dont nous percevons les services de la Technologie de l'Information (TI). Celui-ci nous a donné l'opportunité de répondre à la demande constamment croissante liée aux besoins informatiques des usagers en introduisant la notion d'externalisation des services et des données. Les consommateurs du Cloud ont généralement accès, sur demande, à un large éventail bien réparti d'infrastructures de TI offrant une pléthore de services. Ils sont à même de configurer dynamiquement les ressources du Cloud en fonction des exigences de leurs applications, sans toutefois devenir partie intégrante de l'infrastructure du Cloud. Cela leur permet d'atteindre un degré optimal d'utilisation des ressources tout en réduisant leurs coûts d'investissement en TI. Toutefois, la migration des services au Cloud intensifie malgré elle les menaces existantes à la sécurité des TI et en crée de nouvelles qui sont intrinsèques à l'architecture du Cloud Computing. C'est pourquoi il existe un réel besoin d'évaluation des risques liés à la sécurité du Cloud durant le procédé de la sélection et du déploiement des services. Au cours des dernières années, l'impact d'une efficace gestion de la satisfaction des besoins en sécurité des services a été pris avec un sérieux croissant de la part des fournisseurs et des consommateurs. Toutefois, l'intégration réussie de l'élément de sécurité dans les opérations de la gestion des ressources du Cloud ne requiert pas seulement une recherche méthodique, mais aussi une modélisation méticuleuse des exigences du Cloud en termes de sécurité. C'est en considérant ces facteurs que nous adressons dans cette thèse les défis liés à l'évaluation de la sécurité et à son intégration dans les environnements indépendants et interconnectés du Cloud Computing. D'une part, nous sommes motivés à offrir aux consommateurs du Cloud un ensemble de méthodes qui leur permettront d'optimiser la sécurité de leurs services et, d'autre part, nous offrons aux fournisseurs un éventail de stratégies qui leur permettront de mieux sécuriser leurs services d'hébergements du Cloud. L'originalité de cette thèse porte sur deux aspects : 1) la description innovatrice des exigences des applications du Cloud relativement à la sécurité ; et 2) la conception de modèles mathématiques rigoureux qui intègrent le facteur de sécurité dans les problèmes traditionnels du déploiement des applications, d'approvisionnement des ressources et de la gestion de la charge de travail au coeur des infrastructures actuelles du Cloud Computing. Le travail au sein de cette thèse est réalisé en trois phases.

Abstract

Over the past decade, the Cloud Computing paradigm has revolutionized the way we envision IT services. It has provided an opportunity to respond to the ever increasing computing needs of the users by introducing the notion of service and data outsourcing. Cloud consumers usually have online and on-demand access to a large and distributed IT infrastructure providing a plethora of services. They can dynamically configure and scale the Cloud resources according to the requirements of their applications without becoming part of the Cloud infrastructure, which allows them to reduce their IT investment cost and achieve optimal resource utilization. However, the migration of services to the Cloud increases the vulnerability to existing IT security threats and creates new ones that are intrinsic to the Cloud Computing architecture, thus the need for a thorough assessment of Cloud security risks during the process of service selection and deployment. Recently, the impact of effective management of service security satisfaction has been taken with greater seriousness by the Cloud Service Providers (CSP) and stakeholders. Nevertheless, the successful integration of the security element into the Cloud resource management operations does not only require methodical research, but also necessitates the meticulous modeling of the Cloud security requirements. To this end, we address throughout this thesis the challenges to security evaluation and integration in independent and interconnected Cloud Computing environments. We are interested in providing the Cloud consumers with a set of methods that allow them to optimize the security of their services and the CSPs with a set of strategies that enable them to provide security-aware Cloud-based service hosting. The originality of this thesis lies within two aspects: 1) the innovative description of the Cloud applications' security requirements, which paved the way for an effective quantification and evaluation of the security of Cloud infrastructures; and 2) the design of rigorous mathematical models that integrate the security factor into the traditional problems of application deployment, resource provisioning, and workload management within current Cloud Computing infrastructures. The work in this thesis is carried out in three phases.