Engineering security into distributed systems: a survey of methodologies

Rapid technological advances in recent years have precipitated a general shift towards software distribution as a central computing paradigm. This has been accompanied by a corresponding increase in the dangers of security breaches, often causing security attributes to become an inhibiting factor for use and adoption. Despite the acknowledged importance of security, especially in the context of open and collaborative environments, there is a growing gap in the survey literature relating to systematic approaches (methodologies) for engineering secure distributed systems. In this paper, we attempt to fill the aforementioned gap by surveying and critically analyzing the state-of-the-art in security methodologies based on some form of abstract modeling (i.e. model-based methodologies) for, or applicable to, distributed systems. Our detailed reviews can be seen as a step towards increasing awareness and appreciation of a range of methodologies, allowing researchers and industry stakeholders to gain a comprehensive view of the field and make informed decisions. Following the comprehensive survey we propose a number of criteria reflecting the characteristics security methodologies should possess to be adopted in real-life industry scenarios, and evaluate each methodology accordingly. Our results highlight a number of areas for improvement, help to qualify adoption risks, and indicate future research directions.Anton V. Uzunov, Eduardo B. Fernandez, Katrina Falkne

Security Mechanisms for Workflows in Service-Oriented Architectures

Die Arbeit untersucht, wie sich Unterstützung für Sicherheit und Identitätsmanagement in ein Workflow-Management-System integrieren lässt. Basierend auf einer Anforderungsanalyse anhand eines Beispiels aus der beruflichen Weiterbildung und einem Abgleich mit dem Stand der Technik wird eine Architektur für die sichere Ausführung von Workflows und die Integration mit Identitätsmanagement-Systemen entwickelt, die neue Anwendungen mit verbesserter Sicherheit und Privatsphäre ermöglicht

Security-Driven Software Evolution Using A Model Driven Approach

High security level must be guaranteed in applications in order to mitigate risks during the deployment of information systems in open network environments. However, a significant number of legacy systems remain in use which poses security risks to the enterprise’ assets due to the poor technologies used and lack of security concerns when they were in design. Software reengineering is a way out to improve their security levels in a systematic way. Model driven is an approach in which model as defined by its type directs the execution of the process. The aim of this research is to explore how model driven approach can facilitate the software reengineering driven by security demand. The research in this thesis involves the following three phases. Firstly, legacy system understanding is performed using reverse engineering techniques. Task of this phase is to reverse engineer legacy system into UML models, partition the legacy system into subsystems with the help of model slicing technique and detect existing security mechanisms to determine whether or not the provided security in the legacy system satisfies the user’s security objectives. Secondly, security requirements are elicited using risk analysis method. It is the process of analysing key aspects of the legacy systems in terms of security. A new risk assessment method, taking consideration of asset, threat and vulnerability, is proposed and used to elicit the security requirements which will generate the detailed security requirements in the specific format to direct the subsequent security enhancement. Finally, security enhancement for the system is performed using the proposed ontology based security pattern approach. It is the stage that security patterns derived from security expertise and fulfilling the elicited security requirements are selected and integrated in the legacy system models with the help of the proposed security ontology. The proposed approach is evaluated by the selected case study. Based on the analysis, conclusions are drawn and future research is discussed at the end of this thesis. The results show this thesis contributes an effective, reusable and suitable evolution approach for software security

An Access Control Model to Facilitate Healthcare Information Access in Context of Team Collaboration

The delivery of healthcare relies on the sharing of patients information among a group of healthcare professionals (so-called multidisciplinary teams (MDTs)). At present, electronic health records (EHRs) are widely utilized system to create, manage and share patient healthcare information among MDTs. While it is necessary to provide healthcare professionals with privileges to access patient health information, providing too many privileges may backfire when healthcare professionals accidentally or intentionally abuse their privileges. Hence, finding a middle ground, where the necessary privileges are provided and malicious usage are avoided, is necessary. This thesis highlights the access control matters in collaborative healthcare domain. Focus is mainly on the collaborative activities that are best accomplished by organized MDTs within or among healthcare organizations with an objective of accomplishing a specific task (patient treatment). Initially, we investigate the importance and challenges of effective MDTs treatment, the sharing of patient healthcare records in healthcare delivery, patient data confidentiality and the need for flexible access of the MDTs corresponding to the requirements to fulfill their duties. Also, we discuss access control requirements in the collaborative environment with respect to EHRs and usage scenario of MDTs collaboration. Additionally, we provide summary of existing access control models along with their pros and cons pertaining to collaborative health systems. Second, we present a detailed description of the proposed access control model. In this model, the MDTs is classified based on Belbin’s team role theory to ensure that privileges are provided to the actual needs of healthcare professionals and to guarantee confidentiality as well as protect the privacy of sensitive patient information. Finally, evaluation indicates that our access control model has a number of advantages including flexibility in terms of permission management, since roles and team roles can be updated without updating privilege for every user. Moreover, the level of fine-grained control of access to patient EHRs that can be authorized to healthcare providers is managed and controlled based on the job required to meet the minimum necessary standard and need-to-know principle. Additionally, the model does not add significant administrative and performance overhead.publishedVersio

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

C-business et urbanisation d'entreprise

Les évolutions permanentes du marché ont forcé la plupart des entreprises à se focaliser sur les processus liés à leur coeur de métier. Ce recentrage les conduit alors soit à externaliser certaines parties de leurs processus, soit former temporairement une association avec d autres partenaires. Ces scénarios de collaboration imposent plusieurs contraintes sur la conception et l organisation du système d information à fin de le rendre facilement adaptable pour suivre les changements au niveau d organisation. Pour que le système d information soit facilement adaptable il est possible de restructurer le système d information en respectant les principes de l urbanisation du système d information couplé par une architecture orienté service, toute fois, cette organisation conduit à des systèmes assez rigides ne donnant pas réellement les capacités d initier des processus collaboratifs. Or, la collaboration impose de prendre en compte les contraintes de sécurité car l approche traditionnelle d urbanisation ne prend pas en considération la possibilité de collaboration et forme des îlots de sécurité ce qui s oppose à la nature transversale de la sécurité. En plus,dans un modèle orienté services, les applications distribuées sur plusieurs site ont peu ou pas de visibilité en matière de l information nécessaires pour assurer la sécurité au nouveau globale. C est dans ce contexte que nous avons proposé d adopter une démarche d urbanisation d entreprise qui promeut une organisation transversale du système de production de l entreprise qui permet une construction incrémentale des processus collaboratifs. Nous sommes parvenus à spécifier un modèle de service industriel construit par regroupement de toutes les fonctions nécessaires autour de la fabrication du produit. Ensuite, nous nous somme proposé de construire un middleware supportant ces services industriels. Cela induit d ajouter un niveau sémantique capable de gérer les propriétés fonctionnelles et non fonctionnelles (qualité de service et sécurité) aux bus de services traditionnels (ESB). Dans le cadre du projet ANR SEMEUSE visant à doter un ESB Open source (PETALS) d un niveau sémantique, notre contribution a plus particulièrement portée sur la spécification et la mise en oeuvre des composants permettant d intégrer de manière contextuelle les politiques de sécuritéMarket evolution has lead most of the enterprise to focus on their core business while setting outsourcing and collaborative strategies to be able to propose the best product-service offers. This Collaborative Business environment challenges Information System (IS) re-organisation to set agile, reactive and interoperable IT supports. To fulfil these requirements, one can reorganise the information system according to the urbanisation paradigm. Coupled to Service Oriented Architecture, this approach provides interoperable information systems. Nevertheless, traditional urbanization strategies lead to a partitioned and rather rigid IS organization aligned on the company s functional structure, which hinders initiating collaborative production processes, since production process is transversal and bypasses all enterprise business areas. To overcome these limits, we propose to adopt a new urbanization strategy that combines the transversal production logic with a service orientation to allow incremental production process building, based on goals to be reached. Despite of the advantages of the collaboration, in the dynamic collaboration scenarios, lack of trust can be a braking force while developing collaborative strategies. To this end, we proposed to integrate security needs and constraints into the definitions of business processes, organizational structure and technical components. Hence, the architecture we propose to implement our enterprise urbanization approach is based on a service-oriented model. We extend the traditional IT service to capture semantics associated to the industrial activity so that an industrial service model is proposed. Then security requirements are added in this model to govern access to different interfaces in a composite service. The implementation of this architecture is achieved using an industrial service bus by adding a security module extended with semantic layer on the top of PEtALS , an open source ESBVILLEURBANNE-DOC'INSA-Bib. elec. (692669901) / SudocSudocFranceF

Architectural Alignment of Access Control Requirements Extracted from Business Processes

Business processes and information systems evolve constantly and affect each other in non-trivial ways. Aligning security requirements between both is a challenging task. This work presents an automated approach to extract access control requirements from business processes with the purpose of transforming them into a) access permissions for role-based access control and b) architectural data flow constraints to identify violations of access control in enterprise application architectures

Architectural Alignment of Access Control Requirements Extracted from Business Processes

Geschäftsprozesse und IT-Systeme sind einer ständigen Evolution unterworfen und beeinflussen sich in hohem Maße gegenseitig. Dies führt zu der Herausforderung, Sicherheitsaspekte innerhalb von Geschäftsprozessen und Enterprise Application Architectures (EAAs) in Einklang zu bringen. Im Besonderen gilt dies für Zugriffskontrollanforderungen, welche sowohl in der IT-Sicherheit als auch im Datenschutz einen hohen Stellenwert haben. Die folgenden drei Ziele der Geschäftsebene verdeutlichen die Bedeutung von Zugriffskontrollanforderungen: $1)$ Identifikation und Schutz von kritischen und schützenswerten Daten und Assets. $2)$ Einführung einer organisationsweiten IT-Sicherheit zum Schutz vor cyberkriminellen Attacken. $3)$ Einhaltung der zunehmenden Flut an Gesetzen, welche die IT-Sicherheit und den Datenschutz betreffen. Alle drei Ziele sind in einem hohen Maß mit Zugriffskontrollanforderungen auf Seiten der Geschäftsebene verbunden. Aufgrund der Fülle und Komplexität stellt die vollständige und korrekte Umsetzung dieser Zugriffskontrollanforderungen eine Herausforderung für die IT dar. Hierfür muss das Wissen von der Geschäftsebene hin zur IT übertragen werden. Die unterschiedlichen Terminologien innerhalb der Fachdomänen erschweren diesen Prozess. Zusätzlich beeinflussen die Größe von Unternehmen, die Komplexität von EAAs sowie die Verflechtung zwischen EAAs und Geschäftsprozessen die Fehleranfälligkeit im Entwurfsprozess von Zugriffsberechtigungen und EAAs. Dieser Zusammenhang führt zu einer Diskrepanz zwischen ihnen und den Geschäftsprozessen und wird durch den Umstand der immer wiederkehrenden Anpassungen aufgrund von Evolutionen der Geschäftsprozesse und IT-Systeme verstärkt. Bisherige Arbeiten, die auf Erweiterungen von Modellierungssprachen setzen, fordern einen hohen Aufwand von Unternehmen, um vorhandene Modelle zu erweitern und die Erweiterungen zu pflegen. Andere Arbeiten setzen auf manuelle Prozesse. Diese erfordern viel Aufwand, skalieren nicht und sind bei komplexen Systemen fehleranfällig. Ziel meiner Arbeit ist es, zu untersuchen, wie Zugriffskontrollanforderungen zwischen der Geschäftsebene und der IT mit möglichst geringem Mehraufwand für Unternehmen angeglichen werden können. Im Speziellen erforsche ich, wie Zugriffskontrollanforderungen der Geschäftsebene, extrahiert aus Geschäftsprozessen, automatisiert in Zugriffsberechtigungen für Systeme der rollenbasierten Zugriffskontrolle (RBAC) überführt werden können und wie die EAA zur Entwurfszeit auf die Einhaltung der extrahierten Zugriffskontrollanforderungen überprüft werden kann. Hierdurch werden Sicherheitsexperten beim Entwerfen von Zugriffsberechtigungen für RBAC Systeme unterstützt und die Komplexität verringert. Weiterhin werden Enterprise-Architekten in die Lage versetzt, die EAA zur Entwurfszeit auf Datenflüsse von Services zu untersuchen, welche gegen die geschäftsseitige Zugriffskontrollanforderungen verstoßen und diese Fehler zu beheben. Die Kernbeiträge meiner Arbeit lassen sich wie folgt zusammenfassen: $\textbf{I)}$ Ein Ansatz zur automatisierten Extraktion von geschäftsseitigen Zugriffskontrollanforderungen aus Geschäftsprozessen mit anschließender Generierung eines initialen Rollenmodells für RBAC. $\textbf{II)}$ Ein Ansatz zum automatisierten Erstellen von architekturellen Datenfluss-Bedingungen aus Zugriffskontrollanforderungen zur Identifikation von verbotenen Datenflüssen in Services von IT-Systemen der EAA. $\textbf{III)}$ Eine Prozessmodell für Unternehmen über die Einsatzmöglichkeiten der Ansätze innerhalb verschiedener Evolutionsszenarien. $\textbf{IV)}$ Ein Modell zur Verknüpfung relevanter Elemente aus Geschäftsprozessen, RBAC und EAAs im Hinblick auf die Zugriffskontrolle. Dieses wird automatisiert durch die Ansätze erstellt und dient unter anderem zur Dokumentation von Entwurfsentscheidungen, zur Verbesserung des Verständnisses von Modellen aus anderen Domänen und zur Unterstützung des Enterprise-Architekten bei der Auflösung von Fehlern innerhalb der EAA. Die Anwendbarkeit der Ansätze wurden in zwei Fallstudien untersucht. Die erste Studie ist eine Real-Welt-Studie, entstanden durch eine Kooperation mit einer staatlichen Kunsthalle, welche ihre IT-Systeme überarbeitet. Eine weitere Fallstudie wurde auf Basis von Common Component Modeling Example (CoCoME) durchgeführt. CoCoME ist eine durch die Wissenschaftsgemeinde entwickelte Fallstudie einer realistischen Großmarkt-Handelskette, welche speziell für die Erforschung von Software-Modellierung entwickelt wurde und um Evolutinsszenarien ergänzt wurde. Aufgrund verschiedener gesetzlicher Regularien an die IT-Sicherheit und den Datenschutz sowie dem Fluss von sensiblen Daten eignen sich beide Fallstudien für die Untersuchung von Zugriffskontrollanforderungen. Beide Fallstudien wurden anhand der Goal Question Metric-Methode durchgeführt. Es wurden Validierungsziele definiert. Aus diesen wurden systematisch wissenschaftliche Fragen abgleitet, für welche anschließend Metriken aufgestellt wurden, um sie zu untersuchen. Die folgenden Aspekte wurden untersucht: $\bullet$ Qualität der generierten Zugriffsberechtigungen. $\bullet$ Qualität der Identifikation von fehlerhaften Datenflüssen in Services der EAA. $\bullet$ Vollständigkeit und Korrektheit des generierten Modells zur Nachverfolgbarkeit von Zugriffskontrollanforderungen über Modelle hinweg. $\bullet$ Eignung der Ansätze in Evolutionsszenarien von Geschäftsprozessen und EAAs. Am Ende dieser Arbeit wird ein Ausblick gegeben, wie sich die vorgestellten Ansätze dieser Arbeit erweitern lassen. Dabei wird unter anderem darauf eingegangen, wie das Modell zur Verknüpfung relevanter Elemente aus Geschäftsprozessen, RBAC und EAAs im Hinblick auf die Zugriffskontrolle, um Elemente aus weiteren Modellen der IT und der Geschäftsebene, erweitert werden kann. Weiterhin wird erörtert wie die Ansätze der Arbeit mit zusätzlichen Eingabeinformationen angereichert werden können und wie die extrahierten Zugriffskontrollanforderungen in weiteren Domänenmodellen der IT und der Geschäftsebene eingesetzt werden können