Отримано 10.12.2024, Доопрацьовано 03.03.2025, Прийнято 24.04.2025

Інтеграція Zero Trust і Blockchain у SDN-мережах: огляд загроз та методів їх усунення

Олександр Підпалий, Олександр Романов

Дослідження спрямоване на визначення теоретично обґрунтованих методів інтеграції концепцій Zero Trust і Blockchain з метою підвищення загальної безпеки програмно-конфігурованих мереж (SDN). Дослідження базувалося на розробці теоретичної моделі мережі, яка включає в себе SDN-контролер, комутатори, маршрутизатори та хости, для чого було використано інструменти віртуалізації, такі як GNS3, VirtualBox та Docker. Теоретична основа дослідження охоплює аналіз ключових загроз, серед яких DDoS-атаки, маніпуляції з маршрутизацією, інсайдерські загрози, атаки на application programming interface (API), а також специфічні уразливості механізмів консенсусу Blockchain. Імітаційні сценарії були розроблені для демонстрації потенційного впливу цих загроз на безпеку та продуктивність SDN-мереж. Аналіз отриманих результатів теоретично підтверджує, що застосування політик Zero Trust суттєво знижує ризики інсайдерських атак і покращує захист SDN-контролера завдяки принципам постійної перевірки доступу і мікросегментації. Інтеграція технологій Blockchain підвищує надійність маршрутизації та управління трафіком, запобігаючи спробам зловмисного втручання в мережеву інфраструктуру. Теоретичні методи аутентифікації та верифікації запитів з використанням Blockchain значно покращують захист API та інтерфейсів взаємодії. Крім того, гібридні алгоритми консенсусу показали потенціал для підвищення продуктивності мережі та забезпечення її стійкості до атак. Проведене дослідження підкреслює важливість інтеграції Zero Trust і Blockchain як ефективного рішення для усунення широкого спектра загроз у SDN-мережах. Це відкриває нові перспективи для захисту телекомунікаційних систем і закладає теоретичну основу для подальших досліджень і вдосконалення методів безпеки. Практична значимість дослідження полягає у розробці конкретних рекомендацій щодо впровадження комплексної системи захисту SDN на основі технологій блокчейн та принципів Zero Trust. Запропоновані рішення можуть бути використані як у державному секторі для захисту критичної інфраструктури, так і в приватному секторі для забезпечення безпеки корпоративних мереж

контроль доступу; верифікація даних; зниження ризиків; розподілені системи; стійкість до атак; безпека комунікацій
55-68
Pidpalyi, O., & Romanov, O. (2025). Integration of Zero Trust and Blockchain in SDN networks: An overview of threats and methods of their elimination. Information Technologies and Computer Engineering, 22(1), 55-68. https://doi.org/10.63341/vitce/1.2025.55

Використані джерела

[1] Ahmadi, S. (2024). Zero trust architecture in cloud networks: Application, challenges and future opportunities. Journal of Engineering Research and Reports, 26(2), 215-228. doi: 10.9734/jerr/2024/v26i21083.

[2] Ajish, D. (2024). The significance of artificial intelligence in Zero Trust technologies: A comprehensive review. Journal of Electrical Systems and Information Technology, 11(1), article number 30. doi: 10.1186/s43067-024-00155-z.

[3] Alevizos, L., & Ta, V.T. (2024). Automated cybersecurity compliance and threat response using AI, blockchain & smart contracts. International Journal of Information Technology, 17, 767-781. doi: 10.1007/s41870-024-02324-9.

[4] Bassfar, Z., Sayeed, A., Bala, P., Alshehri, A., Alanazi, M., & Zubair, S. (2023). Toward secure and resilient networks: A Zero-Trust security framework with quantum fingerprinting for devices accessing network. Mathematics, 11(12), article number 2653. doi: 10.3390/math11122653.

[5] Bicer, C., Murturi, L., Donta, P.K., & Dustdar, S. (2023). Blockchain-based Zero Trust on the edge. ArXiv. doi: 10.48550/ arXiv.2311.16744.

[6] Bykonia, O., & Romanovska, N. (2024). Perspectives of the development of the information and communication technologies sector in Ukraine. Scientific Bulletin of International Association of Scientists. Series Economy Management Security Technologies, 3(1). doi.org/10.56197/2786-5827/2024-3-1-8.

[7] Cao, Y., Pokhrel, S.R., Zhu, Y., Doss, R., & Li, G. (2024). Automation and orchestration of Zero Trust architecture: Potential solutions and challenges. Machine Intelligence Research, 21(10), 294-317. doi: 10.1007/s11633-023-1456-2.

[8] Das, D., Banerjee, S., Dasgupta, K., Chatterjee, P., Ghosh, U., & Biswas, U. (2023). Blockchain enabled SDN framework for security management in 5G applications. In ICDCN 23: proceedings of the 24th international conference on distributed computing and networking (pp. 414-419). New York: Association for Computing Machinery. doi: 10.1145/3571306.3571445.

[9] Dhar, S., & Bose, I. (2020). Securing IoT devices using Zero Trust and blockchain. Journal of Organizational Computing and Electronic Commerce, 31(1), 18-34. doi: 10.1080/10919392.2020.1831870.

[10] Dhiman, P., Saini, N., Gulzar, Y., Turaev, S., Kaur, A., Nisa, K.U., & Hamid, Y. (2024). A review and comparative analysis of relevant approaches of Zero Trust network model. Sensors, 24(4), article number 1328. doi: 10.3390/s24041328.

[11] Fadhil, J.A., & Zeebaree, S.R. (2024). Blockchain for distributed systems security in cloud computing: A review of applications and challenges. Indonesian Journal of Computer Science, 13(2), 1576-1605. doi: 10.33022/ijcs.v13i2.3794.

[12] Feng, Y., Zhong, Z., Sun, X., Wang, L., Lu, Y., & Zhu, Y. (2023). Blockchain enabled Zero Trust based authentication scheme for railway communication networks. Journal of Cloud Computing, 12(1), article number 62. doi: 10.1186/ s13677-023-00411-z.

[13] Gai, K., She, Y., Zhu, L., Choo, K.W., & Wan, Z. (2022). A blockchain-based access control scheme for Zero Trust cross-organizational data sharing. ACM Transactions on Internet Technology, 23(3), article number 38. doi: 10.1145/3511899.

[14] Gai, K., Wu, L., Zhu, L., Zhang, Z., & Qiu, M. (2019). Differential privacy-based blockchain for industrial internet-of-things. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 16(6), 4156-4165. doi: 10.1109/TII.2019.2948094.

[15] Ghasemshirazi, S., Shirvani, G., & Alipour, M.A. (2023). Zero Trust: Applications, challenges, and opportunities. ArXiv. doi: 10.48550/arXiv.2309.03582.

[16] Guo, X., Wang, C., Cao, L., Jiang, Y., & Yan, Y. (2022). A novel security mechanism for software defined network based on blockchain. Computer Science and Information Systems, 19(2), 523-545. doi: 10.2298/CSIS210222001G.

[17] Gupta, A., Gupta, R., Jadav, D., Tanwar, S., Kumar, N., & Shabaz, M. (2023). Proxy smart contracts for Zero Trust architecture implementation in Decentralized Oracle Networks based applications. Computer Communications, 206, 10-21. doi: 10.1016/j.comcom.2023.04.022.

[18] Kulkarni, A., Hazari, N.A., & Niamat, M.Y. (2024). A Zero Trust-based framework employing blockchain technology and ring oscillator physical unclonable functions for security of field programmable gate array supply chain. IEEE Access, 12, 89322-89338. doi: 10.1109/ACCESS.2024.3418572.

[19] Li, J., Lv, H., Lei, B., & Xie, Y. (2022). A consensus approach for SDN controllers based on blockchain. In CSSE ‘22: proceedings of the 5th international conference on computer science and software engineering (pp. 170-174). New York: Association for Computing Machinery. doi: 10.1145/3569966.3570015.

[20] Li, W., Meng, W., Liu, Z., & Au, M.-H. (2020). Towards blockchain-based software-defined networking: Security challenges and solutions. IEICE Transactions on Information and Systems, E103.D(2), 196-203. doi: 10.1587/ transinf.2019INI0002.

[21] Liu, Y., He, D., Obaidat, M.S., Kumar, N., Khan, M.K., & Choo, K.-K. (2020). Blockchain-based identity management systems: A review. Journal of Network and Computer Applications, 166, article number 102731. doi: 10.1016/j. jnca.2020.102731.

[22] Semenenko, O., Kirsanov, S., Movchan, A., Ihnatiev, M., & Dobrovolskyi, U. (2024). Impact of computer-integrated technologies on cybersecurity in the defence sector. Machinery & Energetics, 15(2), 118-129. https://doi.org/10.31548/ machinery/2.2024.118.

[23] Xu, Y., Ren, J., Wang, G., Zhang, C., Yang, J., & Zhang, Y. (2019). A blockchain-based nonrepudiation network computing service scheme for industrial IoT. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 15(6), 3632-3641. doi: 10.1109/ TII.2019.2897133.

[24] Yan, X., & Wang, H. (2020). Survey on zero-trust network security. In X. Sun, J. Wang & E. Bertino (Eds.), Artificial intelligence and security (pp. 50-60). Singapore: Springer. doi: 10.1007/978-981-15-8083-3_5.

[25] Zheng, P., Jiang, Z., Wu, J., & Zheng, Z. (2023). Blockchain-based decentralized application: A survey. IEEE Open Journal of the Computer Society, 4, 121-133. doi: 10.1109/OJCS.2023.3251854.