A survey on online monitoring approaches of computer-based systems

This report surveys forms of online data collection that are in current use (as well as being the subject of research to adapt them to changing technology and demands), and can be used as inputs to assessment of dependability and resilience, although they are not primarily meant for this use

Machine Learning-Enabled IoT Security: Open Issues and Challenges Under Advanced Persistent Threats

Despite its technological benefits, Internet of Things (IoT) has cyber weaknesses due to the vulnerabilities in the wireless medium. Machine learning (ML)-based methods are widely used against cyber threats in IoT networks with promising performance. Advanced persistent threat (APT) is prominent for cybercriminals to compromise networks, and it is crucial to long-term and harmful characteristics. However, it is difficult to apply ML-based approaches to identify APT attacks to obtain a promising detection performance due to an extremely small percentage among normal traffic. There are limited surveys to fully investigate APT attacks in IoT networks due to the lack of public datasets with all types of APT attacks. It is worth to bridge the state-of-the-art in network attack detection with APT attack detection in a comprehensive review article. This survey article reviews the security challenges in IoT networks and presents the well-known attacks, APT attacks, and threat models in IoT systems. Meanwhile, signature-based, anomaly-based, and hybrid intrusion detection systems are summarized for IoT networks. The article highlights statistical insights regarding frequently applied ML-based methods against network intrusion alongside the number of attacks types detected. Finally, open issues and challenges for common network intrusion and APT attacks are presented for future research.Comment: ACM Computing Surveys, 2022, 35 pages, 10 Figures, 8 Table

Resilient and Trustworthy Dynamic Data-driven Application Systems (DDDAS) Services for Crisis Management Environments

Future crisis management systems needresilient and trustworthy infrastructures to quickly develop reliable applications and processes, andensure end-to-end security, trust, and privacy. Due to the multiplicity and diversity of involved actors, volumes of data, and heterogeneity of shared information;crisis management systems tend to be highly vulnerable and subjectto unforeseen incidents. As a result, the dependability of crisis management systems can be at risk. This paper presents a cloud-based resilient and trustworthy infrastructure (known as rDaaS) to quickly develop secure crisis management systems. The rDaaS integrates the Dynamic Data-Driven Application Systems (DDDAS) paradigm into a service-oriented architecture over cloud technology and provides a set of resilient DDDAS-As-A Service (rDaaS) components to build secure and trusted adaptable crisis processes. The rDaaS also ensures resilience and security by obfuscating the execution environment and applying Behavior Software Encryption and Moving Technique Defense. A simulation environment for a nuclear plant crisis management case study is illustrated to build resilient and trusted crisis response processes

Security for Service-Oriented On-Demand Grid Computing

Grid Computing ist mittlerweile zu einem etablierten Standard für das verteilte Höchstleistungsrechnen geworden. Während die erste Generation von Grid Middleware-Systemen noch mit proprietären Schnittstellen gearbeitet hat, wurde durch die Einführung von service-orientierten Standards wie WSDL und SOAP durch die Open Grid Services Architecture (OGSA) die Interoperabilität von Grids signifikant erhöht. Dies hat den Weg für mehrere nationale und internationale Grid-Projekten bereitet, in denen eine groß e Anzahl von akademischen und eine wachsende Anzahl von industriellen Anwendungen im Grid ausgeführt werden, die die bedarfsgesteuerte (on-demand) Provisionierung und Nutzung von Ressourcen erfordern. Bedarfsgesteuerte Grids zeichnen sich dadurch aus, dass sowohl die Software, als auch die Benutzer einer starken Fluktuation unterliegen. Weiterhin sind sowohl die Software, als auch die Daten, auf denen operiert wird, meist proprietär und haben einen hohen finanziellen Wert. Dies steht in starkem Kontrast zu den heutigen Grid-Anwendungen im akademischen Umfeld, die meist offen im Quellcode vorliegen bzw. frei verfügbar sind. Um den Ansprüchen einer bedarfsgesteuerten Grid-Nutzung gerecht zu werden, muss das Grid administrative Komponenten anbieten, mit denen Anwender autonom Software installieren können, selbst wenn diese Root-Rechte benötigen. Zur gleichen Zeit muss die Sicherheit des Grids erhöht werden, um Software, Daten und Meta-Daten der kommerziellen Anwender zu schützen. Dies würde es dem Grid auch erlauben als Basistechnologie für das gerade entstehende Gebiet des Cloud Computings zu dienen, wo ähnliche Anforderungen existieren. Wie es bei den meisten komplexen IT-Systemen der Fall ist, sind auch in traditionellen Grid Middlewares Schwachstellen zu finden, die durch die geforderten Erweiterungen der administrativen Möglichkeiten potentiell zu einem noch größ erem Problem werden. Die Schwachstellen in der Grid Middleware öffnen einen homogenen Angriffsvektor auf die ansonsten heterogenen und meist privaten Cluster-Umgebungen. Hinzu kommt, dass anders als bei den privaten Cluster-Umgebungen und kleinen akademischen Grid-Projekten die angestrebten groß en und offenen Grid-Landschaften die Administratoren mit gänzlich unbekannten Benutzern und Verhaltenstrukturen konfrontieren. Dies macht das Erkennen von böswilligem Verhalten um ein Vielfaches schwerer. Als Konsequenz werden Grid-Systeme ein immer attraktivere Ziele für Angreifer, da standardisierte Zugriffsmöglichkeiten Angriffe auf eine groß e Anzahl von Maschinen und Daten von potentiell hohem finanziellen Wert ermöglichen. Während die Rechenkapazität, die Bandbreite und der Speicherplatz an sich schon attraktive Ziele darstellen können, sind die im Grid enthaltene Software und die gespeicherten Daten viel kritischere Ressourcen. Modelldaten für die neuesten Crash-Test Simulationen, eine industrielle Fluid-Simulation, oder Rechnungsdaten von Kunden haben einen beträchtlichen Wert und müssen geschützt werden. Wenn ein Grid-Anbieter nicht für die Sicherheit von Software, Daten und Meta-Daten sorgen kann, wird die industrielle Verbreitung der offenen Grid-Technologie nicht stattfinden. Die Notwendigkeit von strikten Sicherheitsmechanismen muss mit der diametral entgegengesetzten Forderung nach einfacher und schneller Integration von neuer Software und neuen Kunden in Einklang gebracht werden. In dieser Arbeit werden neue Ansätze zur Verbesserung der Sicherheit und Nutzbarkeit von service-orientiertem bedarfsgesteuertem Grid Computing vorgestellt. Sie ermöglichen eine autonome und sichere Installation und Nutzung von komplexer, service-orientierter und traditioneller Software auf gemeinsam genutzen Ressourcen. Neue Sicherheitsmechanismen schützen Software, Daten und Meta-Daten der Anwender vor anderen Anwendern und vor externen Angreifern. Das System basiert auf Betriebssystemvirtualisierungstechnologien und bietet dynamische Erstellungs- und Installationsfunktionalitäten für virtuelle Images in einer sicheren Umgebung, in der automatisierte Mechanismen anwenderspezifische Firewall-Regeln setzen, um anwenderbezogene Netzwerkpartitionen zu erschaffen. Die Grid-Umgebung wird selbst in mehrere Bereiche unterteilt, damit die Kompromittierung von einzelnen Komponenten nicht so leicht zu einer Gefährdung des gesamten Systems führen kann. Die Grid-Headnode und der Image-Erzeugungsserver werden jeweils in einzelne Bereiche dieser demilitarisierten Zone positioniert. Um die sichere Anbindung von existierenden Geschäftsanwendungen zu ermöglichen, werden der BPEL-Standard (Business Process Execution Language) und eine Workflow-Ausführungseinheit um Grid-Sicherheitskonzepte erweitert. Die Erweiterung erlaubt eine nahtlose Integration von geschützten Grid Services mit existierenden Web Services. Die Workflow-Ausführungseinheit bietet die Erzeugung und die Erneuerung (im Falle von lange laufenden Anwendungen) von Proxy-Zertifikaten. Der Ansatz ermöglicht die sichere gemeinsame Ausführung von neuen, fein-granularen, service-orientierten Grid Anwendungen zusammen mit traditionellen Batch- und Job-Farming Anwendungen. Dies wird durch die Integration des vorgestellten Grid Sandboxing-Systems in existierende Cluster Scheduling Systeme erreicht. Eine innovative Server-Rotationsstrategie sorgt für weitere Sicherheit für den Grid Headnode Server, in dem transparent das virtuelle Server Image erneuert wird und damit auch unbekannte und unentdeckte Angriffe neutralisiert werden. Um die Angriffe, die nicht verhindert werden konnten, zu erkennen, wird ein neuartiges Intrusion Detection System vorgestellt, das auf Basis von Datenstrom-Datenbanksystemen funktioniert. Als letzte Neuerung dieser Arbeit wird eine Erweiterung des modellgetriebenen Softwareentwicklungsprozesses eingeführt, die eine automatisierte Generierung von sicheren Grid Services ermöglicht, um die komplexe und damit unsichere manuelle Erstellung von Grid Services zu ersetzen. Eine prototypische Implementierung der Konzepte wird auf Basis des Globus Toolkits 4, der Sun Grid Engine und der ActiveBPEL Engine vorgestellt. Die modellgetriebene Entwicklungsumgebung wurde in Eclipse für das Globus Toolkit 4 realisiert. Experimentelle Resultate und eine Evaluation der kritischen Komponenten des vorgestellten neuen Grids werden präsentiert. Die vorgestellten Sicherheitsmechanismem sollen die nächste Phase der Evolution des Grid Computing in einer sicheren Umgebung ermöglichen

Towards a Secure Smart Grid Storage Communications Gateway

This research in progress paper describes the role of cyber security measures undertaken in an ICT system for integrating electric storage technologies into the grid. To do so, it defines security requirements for a communications gateway and gives detailed information and hands-on configuration advice on node and communication line security, data storage, coping with backend M2M communications protocols and examines privacy issues. The presented research paves the road for developing secure smart energy communications devices that allow enhancing energy efficiency. The described measures are implemented in an actual gateway device within the HORIZON 2020 project STORY, which aims at developing new ways to use storage and demonstrating these on six different demonstration sites.Comment: 6 pages, 2 figure

RSSI Based Indoor Passive Localization for Intrusion Detection and Tracking

A real time system for intrusion detection and tracking based on wireless sensor network technology is designed by using the IITH mote which is de- veloped and designed in IIT Hyderabad as the communication module in the network.This paper describes the Device-Free Passive Localization system based on RSSI.The main objective of this paper is to design a DFP Local- ization system that is easily redeployable, recon�gurable, easy to use, and operates in real time. In addition the detection of humans is to be done.The em- bedded intrusion detection algorithm is designed so that it is able to cope with the limited resources, in terms of computational power and available memory space, of the microcontroller unit (MCU) found in the nodes. and various challenges and problem faced during the real test bed deployment and also proposed solutions to overcome them.We presented an alternative algo- rithm based on the minimum Euclidean distance classi�er.our result shows that the localization accuracy of this system is increased when using the proposed algorith

Security in Distributed, Grid, Mobile, and Pervasive Computing

This book addresses the increasing demand to guarantee privacy, integrity, and availability of resources in networks and distributed systems. It first reviews security issues and challenges in content distribution networks, describes key agreement protocols based on the Diffie-Hellman key exchange and key management protocols for complex distributed systems like the Internet, and discusses securing design patterns for distributed systems. The next section focuses on security in mobile computing and wireless networks. After a section on grid computing security, the book presents an overview of security solutions for pervasive healthcare systems and surveys wireless sensor network security

Infrastructural Security for Virtualized Grid Computing

The goal of the grid computing paradigm is to make computer power as easy to access as an electrical power grid. Unlike the power grid, the computer grid uses remote resources located at a service provider. Malicious users can abuse the provided resources, which not only affects their own systems but also those of the provider and others. Resources are utilized in an environment where sensitive programs and data from competitors are processed on shared resources, creating again the potential for misuse. This is one of the main security issues, since in a business environment competitors distrust each other, and the fear of industrial espionage is always present. Currently, human trust is the strategy used to deal with these threats. The relationship between grid users and resource providers ranges from highly trusted to highly untrusted. This wide trust relationship occurs because grid computing itself changed from a research topic with few users to a widely deployed product that included early commercial adoption. The traditional open research communities have very low security requirements, while in contrast, business customers often operate on sensitive data that represents intellectual property; thus, their security demands are very high. In traditional grid computing, most users share the same resources concurrently. Consequently, information regarding other users and their jobs can usually be acquired quite easily. This includes, for example, that a user can see which processes are running on another user´s system. For business users, this is unacceptable since even the meta-data of their jobs is classified. As a consequence, most commercial customers are not convinced that their intellectual property in the form of software and data is protected in the grid. This thesis proposes a novel infrastructural security solution that advances the concept of virtualized grid computing. The work started back in 2007 and led to the development of the XGE, a virtual grid management software. The XGE itself uses operating system virtualization to provide a virtualized landscape. Users’ jobs are no longer executed in a shared manner; they are executed within special sandboxed environments. To satisfy the requirements of a traditional grid setup, the solution can be coupled with an installed scheduler and grid middleware on the grid head node. To protect the prominent grid head node, a novel dual-laned demilitarized zone is introduced to make attacks more difficult. In a traditional grid setup, the head node and the computing nodes are installed in the same network, so a successful attack could also endanger the user´s software and data. While the zone complicates attacks, it is, as all security solutions, not a perfect solution. Therefore, a network intrusion detection system is enhanced with grid specific signatures. A novel software called Fence is introduced that supports end-to-end encryption, which means that all data remains encrypted until it reaches its final destination. It transfers data securely between the user´s computer, the head node and the nodes within the shielded, internal network. A lightweight kernel rootkit detection system assures that only trusted kernel modules can be loaded. It is no longer possible to load untrusted modules such as kernel rootkits. Furthermore, a malware scanner for virtualized grids scans for signs of malware in all running virtual machines. Using virtual machine introspection, that scanner remains invisible for most types of malware and has full access to all system calls on the monitored system. To speed up detection, the load is distributed to multiple detection engines simultaneously. To enable multi-site service-oriented grid applications, the novel concept of public virtual nodes is presented. This is a virtualized grid node with a public IP address shielded by a set of dynamic firewalls. It is possible to create a set of connected, public nodes, either present on one or more remote grid sites. A special web service allows users to modify their own rule set in both directions and in a controlled manner. The main contribution of this thesis is the presentation of solutions that convey the security of grid computing infrastructures. This includes the XGE, a software that transforms a traditional grid into a virtualized grid. Design and implementation details including experimental evaluations are given for all approaches. Nearly all parts of the software are available as open source software. A summary of the contributions and an outlook to future work conclude this thesis