Context-based Access Control and Attack Modelling and Analysis

In dieser Arbeit haben wir architekturelle Sicherheitsanalysen entwickelt, um Zugriffsverletzungen und Angriffspfade zu ermitteln. Durch die fortschreitende Digitalisierung und die zunehmende Vernetzung steigt die Bedeutung der IT-Sicherheit. Die Sicherheit eines Systems besteht aus mehreren verschiedenen Eigenschaften wie Vertraulichkeit oder Integrität. In unserer Arbeit konzentrieren wir uns auf die Vertraulichkeit. Ein vertrauliches System teilt nur die benötigten Daten mit autorisierten Entitäten. Unbefugte oder böswillige Personen erhalten keinen Zugang zu vertraulichen Daten. Die Entwicklung eines vertraulichen Systems ist jedoch schwierig, da viele verschiedene Eigenschaften Einfluss auf die Vertraulichkeit haben. Ein wichtiger Einflussfaktor ist die Zugangskontrolle. Zugriffskontrollrichtlinien definieren für jedes Element innerhalb eines Systems, unter welchen Bedingungen der Zugriff gewährt werden kann. Diese Zugriffskontrollrichtlinien berücksichtigen oft den Kontext für den Zugriff. Der Kontext kann z.B. die Zeit oder der Standort von Personen sein. Durch die Berücksichtigung steigt die Komplexität der Spezifikation der Zugriffskontrolle. Dies kann zu einer Fehlspezifikation führen. Daher ist es wichtig, die Auswirkungen einer Zugriffskontrollrichtlinie zu ermitteln. Aufgrund der Komplexität ist es jedoch schwierig, die Auswirkungen zu bestimmen, da die Analyse auch den Kontext berücksichtigen muss. Neben Zugriffskontrollrichtlinien können auch Schwachstellen die Vertraulichkeit des Systems beeinflussen. Schwachstellen können von Angreifer:innen ausgenutzt werden, um Zugang zu geschützten Entitäten im System zu erhalten. Sie ermöglichen es den Angreifer:innen also, die Zugangskontrollrichtlinien zu umgehen. Schwachstellen ermöglichen nicht nur den direkten Zugang zu Entitäten, sondern ermöglichen Angreifer:innen auch die Berechtigung anderer Personen zuerlangen. Diese Berechtigung kann dann von Angreifer:innen verwendet werden, um sich bei anderen Elementen Zugang zu verschaffen. Schwachstellen hängen jedoch auch von Zugangskontrollsystemen ab, da für einige Schwachstellen eine Berechtigung erforderlich ist. So können beispielsweise einige Schwachstellen nur von berechtigten Personen ausgenutzt werden. Um die Auswirkungen einer Schwachstelle abschätzen zu können, muss eine Analyse daher auch die Eigenschaften der Zugangskontrolle berücksichtigen. Darüber hinaus ist der Kontext der Angreifer:innen wichtig, da einige Schwachstellen nur dann ausgenutzt werden können, wenn der Angreifer:innen zuvor andere Entitäten im System kompromittiert haben. Daher wird bei Angriffen eine verkettete Liste kompromittierter Entitäten erstellt. Diese Liste wird auch als Angriffspfad bezeichnet. Sie besteht aus einer Kette von Schwachstellen, die die mehrfache Ausnutzung von Schwachstellen und Zugangskontrollrichtlinien durch Angreifer:innen darstellen. Die automatische Ableitung dieser möglichen Angriffspfade kann verwendet werden, um die Auswirkungen auf die Vertraulichkeit abzuschätzen, da sie den Expert:innen eine Rückmeldung darüber gibt, welche Elemente kompromittiert werden können. Bestehende Ansätze zur Abschätzung der Sicherheit oder der Auswirkungen von Zugangskontrollrichtlinien oder Schwachstellen konzentrieren sich oft nur auf eine der beiden Eigenschaften. Ansätze, die beide Eigenschaften berücksichtigen, sind in der Anwendungsdomäne oft sehr begrenzt, z.B. lösen sie es nur für eine Anwendungsdomäne wie Microsoft Active Directory oder sie berücksichtigen nur ein begrenztes Zugangskontrollmodell. Darüber hinaus arbeiten die meisten Ansätze mit einer Netzwerktopologie. Dies kann zwar bei der Modellierung hilfreich sein, doch berücksichtigt eine Netzwerktopologie in der Regel keine weiteren Eigenschaften wie Bereitstellung von Diensten auf Servern oder die Nutzung von Komponenten. Software-Architekturmodelle können diese Informationen jedoch liefern. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung von Modellen, ein System bereits während der Entwicklung oder während eines Ausfalls zu analysieren. Daher hilft es bei der Verwirklichung von Security by Design. Im Einzelnen sind unsere Beiträge: Wir haben ein Metamodell für die Zugriffskontrolle entwickelt, um kontextbasierte Zugriffskontrollrichtlinien in der Software-Architektur zu spezifizieren. Zusätzlich haben wir ein Schwachstellen-Metamodell entwickelt, um Schwachstellen in Software-Architekturen zu spezifizieren. Die Zugriffskontrollrichtlinien können in einer szenariobasierten Zugriffskontrollanalyse analysiert werden, um Zugriffsverletzungen zu identifizieren. Wir haben zwei Angriffsanalysen entwickelt. Beide können Angriffspfade auf einem Architekturmodell generieren und Schwachstellen und Zugangskontrollrichtlinien verwenden. Die eine Analyse betrachtet die Angriffsausbreitung von einem bestimmten Startpunkt in der Software-Architektur. Die andere findet Angriffspfade, die zu einem bestimmten Architekturelement führen. Wir haben unsere Sicherheitsanalysen anhand verschiedener Evaluierungsszenarien evaluiert. Diese Szenarien wurden auf der Grundlage von Evaluierungsfällen aus verwandten Arbeiten oder realen Sicherheitsvorfällen erstellt. Für die erste Analyse haben wir die Genauigkeit bei der Identifizierung von Zugriffsverletzungen untersucht. Unsere Ergebnisse deuten auf eine hohe Genauigkeit hin. Für die beiden Angriffsanalysen untersuchten wir die Genauigkeit hinsichtlich der gefundenen kompromittierten Elemente, die Aufwandsreduzierung bei der Verwendung unserer Analysen und die Skalierbarkeit. Unsere Ergebnisse deuten auf eine hohe Genauigkeit und eine Aufwandsreduzierung hin. Allerdings ist die Skalierbarkeit für beide Ansätze nicht ideal. Für kleinere Software-Architekturen ist sie jedoch akzeptabel. Der von uns entwickelte Ansatz kann Software-Architekt:innen dabei helfen, sicherere Systeme zu entwerfen. Der Ansatz kann die Auswirkungen von Zugriffskontrollrichtlinien anhand von Zugriffsverletzungen und für Schwachstellen zusammen mit Zugriffskontrollrichtlinien anhand von Angriffspfaden aufzeigen. Durch die Verwendung von Software-Architekturmodellen kann unser Ansatz dieses Feedback bereits während des Entwurfs der Software liefern. Dies kann helfen, nach "Security by Design" zu entwickeln

High performance annotation-aware JVM for Java cards

Early applications of smart cards have focused in the area of per-sonal security. Recently, there has been an increasing demand for networked, multi-application cards. In this new scenario, enhanced application-specific on-card Java applets and complex cryptographic services are executed through the smart card Java Virtual Machine (JVM). In order to support such computation-intensive applica-tions, contemporary smart cards are designed with built-in micro-processors and memory. As smart cards are highly area-constrained environments with memory, CPU and peripherals competing for a very small die space, the VM execution engine of choice is often a small, slow interpreter. In addition, support for multiple applica-tions and cryptographic services demands high performance VM execution engine. The above necessitates the optimization of the JVM for Java Cards

On the Security of Software Systems and Services

This work investigates new methods for facing the security issues and threats arising from the composition of software. This task has been carried out through the formal modelling of both the software composition scenarios and the security properties, i.e., policies, to be guaranteed. Our research moves across three different modalities of software composition which are of main interest for some of the most sensitive aspects of the modern information society. They are mobile applications, trust-based composition and service orchestration. Mobile applications are programs designed for being deployable on remote platforms. Basically, they are the main channel for the distribution and commercialisation of software for mobile devices, e.g., smart phones and tablets. Here we study the security threats that affect the application providers and the hosting platforms. In particular, we present a programming framework for the development of applications with a static and dynamic security support. Also, we implemented an enforcement mechanism for applying fine-grained security controls on the execution of possibly malicious applications. In addition to security, trust represents a pragmatic and intuitive way for managing the interactions among systems. Currently, trust is one of the main factors that human beings keep into account when deciding whether to accept a transaction or not. In our work we investigate the possibility of defining a fully integrated environment for security policies and trust including a runtime monitor. Finally, Service-Oriented Computing (SOC) is the leading technology for business applications distributed over a network. The security issues related to the service networks are many and multi-faceted. We mainly deal with the static verification of secure composition plans of web services. Moreover, we introduce the synthesis of dynamic security checks for protecting the services against illegal invocations

Evaluation of Efficiency of Cybersecurity

Uurimistöö eesmärgiks on uurida, kuidas tõhus küberjulgeolek on olnud edukas. Uurimistöö kasutab parima võimaliku tulemuse saamiseks mitmesuguseid uurimismeetodeid ja kirjanduse ülevaade on süstemaatiline. Kuid uurimistöö järeldus on see, et uuring ei suuda kinnitada või tagasi lükata peamist töö hüpoteesi. Uuring ei õnnestunud, sest puuduvad korralikud teooriad, mis näitavad ohutuse ja küberjulgeoleku nähtusi ning puuduvad head näitajad, mis annaksid küberohutuse tõhususe kohta kehtivaid ja ratsionaalseid tulemusi, kui hästi on küberkuritegevuse abil õnnestunud küberkuritegevuse tõhusaks võitmiseks ja küberkuritegude tõhusaks vähendamiseks. Seepärast on küberjulgeoleku teadusteooria ja julgeoleku teadusteooria vähearenenud 2018. aastal. Uuringud on teinud küberjulgeoleku ja turvalisuse arendamise põhilisi avastusi. Edasiste põhiuuringute suund on luua üldine turbeteooria, mis kirjeldab ohtlike muutujate ohtlike muutujate kavatsust, ressursse, pädevust ja edusamme ohtlike muutujate ja aksioomide puhul, kus ohtlike muutujate mõõtmisel saab teha selle sisse loodetavas ja teooria kirjeldab, millised on tõhusad meetmed, et vältida ja leevendada ning millised ei ole ja lõpuks kehtestada nõuetekohased mõõdikud, et mõõta turvalisuse ja küberjulgeoleku tõhusust loodetavus ja kehtivusega.The purpose of the thesis is to research how effectively cybersecurity has succeeded on its mission. The thesis used multiple research methods to get best possible answer and the literature review has been systematic. However, the conclusion of the research was that the study is unable to either confirm or reject the main working hypothesis. The study is unable to do it because of the lack of proper theories to describe what are the phenomena in secu-rity and cybersecurity and the lack of proper metrics to give valid and sound conclusion about the effective of cybersecurity and how well have cybersecurity succeed on its mis-sion to effectively prevent and mitigate cybercrime. Therefore, the science of security and science of cybersecurity are underdeveloped in 2018. The research has made basic discov-eries of development of cybersecurity and security. A direction of further basic research is to establish a general theory of security which describes threat variables, threat variables intention, resources, competence and progress of the threat variables and axioms where measurement of threat variables can be made with reliability and the theory would describe which are effective measures to prevent and mitigate and which are not and finally, estab-lish proper metrics to measure efficiency of security and cybersecurity with reliability and validity

Cybersecurity: Past, Present and Future

The digital transformation has created a new digital space known as cyberspace. This new cyberspace has improved the workings of businesses, organizations, governments, society as a whole, and day to day life of an individual. With these improvements come new challenges, and one of the main challenges is security. The security of the new cyberspace is called cybersecurity. Cyberspace has created new technologies and environments such as cloud computing, smart devices, IoTs, and several others. To keep pace with these advancements in cyber technologies there is a need to expand research and develop new cybersecurity methods and tools to secure these domains and environments. This book is an effort to introduce the reader to the field of cybersecurity, highlight current issues and challenges, and provide future directions to mitigate or resolve them. The main specializations of cybersecurity covered in this book are software security, hardware security, the evolution of malware, biometrics, cyber intelligence, and cyber forensics. We must learn from the past, evolve our present and improve the future. Based on this objective, the book covers the past, present, and future of these main specializations of cybersecurity. The book also examines the upcoming areas of research in cyber intelligence, such as hybrid augmented and explainable artificial intelligence (AI). Human and AI collaboration can significantly increase the performance of a cybersecurity system. Interpreting and explaining machine learning models, i.e., explainable AI is an emerging field of study and has a lot of potentials to improve the role of AI in cybersecurity.Comment: Author's copy of the book published under ISBN: 978-620-4-74421-