Access and information flow control to secure mobile web service compositions in resource constrained environments

The growing use of mobile web services such as electronic health records systems and applications like twitter, Facebook has increased interest in robust mechanisms for ensuring security for such information sharing services. Common security mechanisms such as access control and information flow control are either restrictive or weak in that they prevent applications from sharing data usefully, and/or allow private information leaks when used independently. Typically, when services are composed there is a resource that some or all of the services involved in the composition need to share. However, during service composition security problems arise because the resulting service is made up of different services from different security domains. A key issue that arises and that we address in this thesis is that of enforcing secure information flow control during service composition to prevent illegal access and propagation of information between the participating services. This thesis describes a model that combines access control and information flow control in one framework. We specifically consider a case study of an e-health service application, and consider how constraints like location and context dependencies impact on authentication and authorization. Furthermore, we consider how data sharing applications such as the e-health service application handle issues of unauthorized users and insecure propagation of information in resource constrained environments¹. Our framework addresses this issue of illegitimate information access and propagation by making use of the concept of program dependence graphs (PDGs). Program dependence graphs use path conditions as necessary conditions for secure information flow control. The advantage of this approach to securing information sharing is that, information is only propagated if the criteria for data sharing are verified. Our solution proposes or offers good performance, fast authentication taking into account bandwidth limitations. A security analysis shows the theoretical improvements our scheme offers. Results obtained confirm that the framework accommodates the CIA-triad (which is the confidentiality, integrity and availability model designed to guide policies of information security) of our work and can be used to motivate further research work in this field

Deductive Verification of Concurrent Programs and its Application to Secure Information Flow for Java

Formal verification of concurrent programs still poses a major challenge in computer science. Our approach is an adaptation of the modular rely/guarantee methodology in dynamic logic. Besides functional properties, we investigate language-based security. Our verification approach extends naturally to multi-threaded Java and we present an implementation in the KeY verification system. We propose natural extensions to JML regarding both confidentiality properties and multi-threaded programs

Slicing of Concurrent Programs and its Application to Information Flow Control

This thesis presents a practical technique for information flow control for concurrent programs with threads and shared-memory communication. The technique guarantees confidentiality of information with respect to a reasonable attacker model and utilizes program dependence graphs (PDGs), a language-independent representation of information flow in a program

Information Flow Control with System Dependence Graphs - Improving Modularity, Scalability and Precision for Object Oriented Languages

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Gebiet der statischen Programmanalyse — insbesondere betrachten wir Analysen, deren Ziel es ist, bestimmte Sicherheitseigenschaften, wie etwa Integrität und Vertraulichkeit, für Programme zu garantieren. Hierfür verwenden wir sogenannte Abhängigkeitsgraphen, welche das potentielle Verhalten des Programms sowie den Informationsfluss zwischen einzelnen Programmpunkten abbilden. Mit Hilfe dieser Technik können wir sicherstellen, dass z.B. ein Programm keinerlei Information über ein geheimes Passwort preisgibt. Im Speziellen liegt der Fokus dieser Arbeit auf Techniken, die das Erstellen des Abhängigkeitsgraphen verbessern, da dieser die Grundlage für viele weiterführende Sicherheitsanalysen bildet. Die vorgestellten Algorithmen und Verbesserungen wurden in unser Analysetool Joana integriert und als Open-Source öffentlich verfügbar gemacht. Zahlreiche Kooperationen und Veröffentlichungen belegen, dass die Verbesserungen an Joana auch in der Forschungspraxis relevant sind. Diese Arbeit besteht im Wesentlichen aus drei Teilen. Teil 1 befasst sich mit Verbesserungen bei der Berechnung des Abhängigkeitsgraphen, Teil 2 stellt einen neuen Ansatz zur Analyse von unvollständigen Programmen vor und Teil 3 zeigt aktuelle Verwendungsmöglichkeiten von Joana an konkreten Beispielen. Im ersten Teil gehen wir detailliert auf die Algorithmen zum Erstellen eines Abhängigkeitsgraphen ein, dabei legen wir besonderes Augenmerk auf die Probleme und Herausforderung bei der Analyse von Objektorientierten Sprachen wie Java. So stellen wir z.B. eine Analyse vor, die den durch Exceptions ausgelösten Kontrollfluss präzise behandeln kann. Hauptsächlich befassen wir uns mit der Modellierung von Seiteneffekten, die bei der Kommunikation über Methodengrenzen hinweg entstehen können. Bei Abhängigkeitsgraphen werden Seiteneffekte, also Speicherstellen, die von einer Methode gelesen oder verändert werden, in Form von zusätzlichen Knoten dargestellt. Dabei zeigen wir, dass die Art und Weise der Darstellung, das sogenannte Parametermodel, enormen Einfluss sowohl auf die Präzision als auch auf die Laufzeit der gesamten Analyse hat. Wir erklären die Schwächen des alten Parametermodels, das auf Objektbäumen basiert, und präsentieren unsere Verbesserungen in Form eines neuen Modells mit Objektgraphen. Durch das gezielte Zusammenfassen von redundanten Informationen können wir die Anzahl der berechneten Parameterknoten deutlich reduzieren und zudem beschleunigen, ohne dabei die Präzision des resultierenden Abhängigkeitsgraphen zu verschlechtern. Bereits bei kleineren Programmen im Bereich von wenigen tausend Codezeilen erreichen wir eine im Schnitt 8-fach bessere Laufzeit — während die Präzision des Ergebnisses in der Regel verbessert wird. Bei größeren Programmen ist der Unterschied sogar noch deutlicher, was dazu führt, dass einige unserer Testfälle und alle von uns getesteten Programme ab einer Größe von 20000 Codezeilen nur noch mit Objektgraphen berechenbar sind. Dank dieser Verbesserungen kann Joana mit erhöhter Präzision und bei wesentlich größeren Programmen eingesetzt werden. Im zweiten Teil befassen wir uns mit dem Problem, dass bisherige, auf Abhängigkeitsgraphen basierende Sicherheitsanalysen nur vollständige Programme analysieren konnten. So war es z.B. unmöglich, Bibliothekscode ohne Kenntnis aller Verwendungsstellen zu betrachten oder vorzuverarbeiten. Wir entdeckten bei der bestehenden Analyse eine Monotonie-Eigenschaft, welche es uns erlaubt, Analyseergebnisse von Programmteilen auf beliebige Verwendungsstellen zu übertragen. So lassen sich zum einen Programmteile vorverarbeiten und zum anderen auch generelle Aussagen über die Sicherheitseigenschaften von Programmteilen treffen, ohne deren konkrete Verwendungsstellen zu kennen. Wir definieren die Monotonie-Eigenschaft im Detail und skizzieren einen Beweis für deren Korrektheit. Darauf aufbauend entwickeln wir eine Methode zur Vorverarbeitung von Programmteilen, die es uns ermöglicht, modulare Abhängigkeitsgraphen zu erstellen. Diese Graphen können zu einem späteren Zeitpunkt der jeweiligen Verwendungsstelle angepasst werden. Da die präzise Erstellung eines modularen Abhängigkeitsgraphen sehr aufwendig werden kann, entwickeln wir einen Algorithmus basierend auf sogenannten Zugriffspfaden, der die Skalierbarkeit verbessert. Zuletzt skizzieren wir einen Beweis, der zeigt, dass dieser Algorithmus tatsächlich immer eine konservative Approximation des modularen Graphen berechnet und deshalb die Ergebnisse darauf aufbauender Sicherheitsanalysen weiterhin gültig sind. Im dritten Teil präsentieren wir einige erfolgreiche Anwendungen von Joana, die im Rahmen einer Kooperation mit Ralf Küsters von der Universität Trier entstanden sind. Hier erklären wir zum einen, wie man unser Sicherheitswerkzeug Joana generell verwenden kann. Zum anderen zeigen wir, wie in Kombination mit weiteren Werkzeugen und Techniken kryptographische Sicherheit für ein Programm garantiert werden kann - eine Aufgabe, die bisher für auf Informationsfluss basierende Analysen nicht möglich war. In diesen Anwendungen wird insbesondere deutlich, wie die im Rahmen dieser Arbeit vereinfachte Bedienung die Verwendung von Joana erleichtert und unsere Verbesserungen der Präzision des Ergebnisses die erfolgreiche Analyse erst ermöglichen

A Survey of Challenges for Runtime Verification from Advanced Application Domains (Beyond Software)

Runtime verification is an area of formal methods that studies the dynamic analysis of execution traces against formal specifications. Typically, the two main activities in runtime verification efforts are the process of creating monitors from specifications, and the algorithms for the evaluation of traces against the generated monitors. Other activities involve the instrumentation of the system to generate the trace and the communication between the system under analysis and the monitor. Most of the applications in runtime verification have been focused on the dynamic analysis of software, even though there are many more potential applications to other computational devices and target systems. In this paper we present a collection of challenges for runtime verification extracted from concrete application domains, focusing on the difficulties that must be overcome to tackle these specific challenges. The computational models that characterize these domains require to devise new techniques beyond the current state of the art in runtime verification

La volonté machinale: understanding the electronic voting controversy

Contains fulltext : 32048_voloma.pdf (publisher's version ) (Open Access)Radboud Universiteit Nijmegen, 21 januari 2008Promotor : Jacobs, B.P.F. Co-promotores : Poll, E., Becker, M.226 p

Secrecy for Mobile Implementations of Security Protocols

Mobile code technology offers interesting possibilities to the practitioner, but also raises strong concerns about security. One aspect of security is secrecy, the preservation of confidential information. This thesis investigates the modelling, specification and verification of secrecy in mobile applications which access and transmit confidential information through a possibly compromised medium (e.g. the Internet). These applications can be expected to communicate secret information using a security protocol, a mechanism to guarantee that the transmitted data does not reach unauthorized entities. The central idea is therefore to relate the secrecy properties of the application to those of the protocol it implements, through the definition of a ``confidential protocol implementation'' relation. The argument takes an indirect form, showing that a confidential implementation transmits secret data only in the ways indicated by the protocol. We define the implementation relation using labelled transition semantics, bisimulations and relabelling functions. To justify its technical definition, we relate this property to a notion of noninterference for nondeterministic systems derived from Cohen's definition of Selective Independency. We also provide simple and local conditions that greatly simplify its verification, and report on our experiments on an architecture showing how the proposed formulations could be used in practice to enforce secrecy of mobile code