Risk analysis in biometric-based Border Inspection System

The main goal of a Border Inspection System is to prevent the entry of individuals who pose a threat to a country. The entry of just one of these persons could have severe consequences. Nevertheless, performing a lengthy border inspection is not possible, given that 240,737 international passengers enter the country in an average day [5]. For this reason, the primary inspection is performed using biometrics traits and information flow processes that have a low false acceptance rate and have a high throughput.;This thesis uses the analytic modeling tool called LQNS (Layered Queueing Network Solver) to solve open models for biometric-based border inspection system and cost curves to evaluate the risk. The contributions of the thesis include a performance model of a biometric-based border inspection using open workloads and a risk model of a biometric-based border inspection using cost curves. Further, we propose an original methodology for analyzing a combination of performance risk and security risk in the border inspection system

Automating Security Risk and Requirements Management for Cyber-Physical Systems

Cyber-physische Systeme ermöglichen zahlreiche moderne Anwendungsfälle und Geschäftsmodelle wie vernetzte Fahrzeuge, das intelligente Stromnetz (Smart Grid) oder das industrielle Internet der Dinge. Ihre Schlüsselmerkmale Komplexität, Heterogenität und Langlebigkeit machen den langfristigen Schutz dieser Systeme zu einer anspruchsvollen, aber unverzichtbaren Aufgabe. In der physischen Welt stellen die Gesetze der Physik einen festen Rahmen für Risiken und deren Behandlung dar. Im Cyberspace gibt es dagegen keine vergleichbare Konstante, die der Erosion von Sicherheitsmerkmalen entgegenwirkt. Hierdurch können sich bestehende Sicherheitsrisiken laufend ändern und neue entstehen. Um Schäden durch böswillige Handlungen zu verhindern, ist es notwendig, hohe und unbekannte Risiken frühzeitig zu erkennen und ihnen angemessen zu begegnen. Die Berücksichtigung der zahlreichen dynamischen sicherheitsrelevanten Faktoren erfordert einen neuen Automatisierungsgrad im Management von Sicherheitsrisiken und -anforderungen, der über den aktuellen Stand der Wissenschaft und Technik hinausgeht. Nur so kann langfristig ein angemessenes, umfassendes und konsistentes Sicherheitsniveau erreicht werden. Diese Arbeit adressiert den dringenden Bedarf an einer Automatisierungsmethodik bei der Analyse von Sicherheitsrisiken sowie der Erzeugung und dem Management von Sicherheitsanforderungen für Cyber-physische Systeme. Das dazu vorgestellte Rahmenwerk umfasst drei Komponenten: (1) eine modelbasierte Methodik zur Ermittlung und Bewertung von Sicherheitsrisiken; (2) Methoden zur Vereinheitlichung, Ableitung und Verwaltung von Sicherheitsanforderungen sowie (3) eine Reihe von Werkzeugen und Verfahren zur Erkennung und Reaktion auf sicherheitsrelevante Situationen. Der Schutzbedarf und die angemessene Stringenz werden durch die Sicherheitsrisikobewertung mit Hilfe von Graphen und einer sicherheitsspezifischen Modellierung ermittelt und bewertet. Basierend auf dem Modell und den bewerteten Risiken werden anschließend fundierte Sicherheitsanforderungen zum Schutz des Gesamtsystems und seiner Funktionalität systematisch abgeleitet und in einer einheitlichen, maschinenlesbaren Struktur formuliert. Diese maschinenlesbare Struktur ermöglicht es, Sicherheitsanforderungen automatisiert entlang der Lieferkette zu propagieren. Ebenso ermöglicht sie den effizienten Abgleich der vorhandenen Fähigkeiten mit externen Sicherheitsanforderungen aus Vorschriften, Prozessen und von Geschäftspartnern. Trotz aller getroffenen Maßnahmen verbleibt immer ein gewisses Restrisiko einer Kompromittierung, worauf angemessen reagiert werden muss. Dieses Restrisiko wird durch Werkzeuge und Prozesse adressiert, die sowohl die lokale und als auch die großräumige Erkennung, Klassifizierung und Korrelation von Vorfällen verbessern. Die Integration der Erkenntnisse aus solchen Vorfällen in das Modell führt häufig zu aktualisierten Bewertungen, neuen Anforderungen und verbessert weitere Analysen. Abschließend wird das vorgestellte Rahmenwerk anhand eines aktuellen Anwendungsfalls aus dem Automobilbereich demonstriert.Cyber-Physical Systems enable various modern use cases and business models such as connected vehicles, the Smart (power) Grid, or the Industrial Internet of Things. Their key characteristics, complexity, heterogeneity, and longevity make the long-term protection of these systems a demanding but indispensable task. In the physical world, the laws of physics provide a constant scope for risks and their treatment. In cyberspace, on the other hand, there is no such constant to counteract the erosion of security features. As a result, existing security risks can constantly change and new ones can arise. To prevent damage caused by malicious acts, it is necessary to identify high and unknown risks early and counter them appropriately. Considering the numerous dynamic security-relevant factors requires a new level of automation in the management of security risks and requirements, which goes beyond the current state of the art. Only in this way can an appropriate, comprehensive, and consistent level of security be achieved in the long term. This work addresses the pressing lack of an automation methodology for the security-risk assessment as well as the generation and management of security requirements for Cyber-Physical Systems. The presented framework accordingly comprises three components: (1) a model-based security risk assessment methodology, (2) methods to unify, deduce and manage security requirements, and (3) a set of tools and procedures to detect and respond to security-relevant situations. The need for protection and the appropriate rigor are determined and evaluated by the security risk assessment using graphs and a security-specific modeling. Based on the model and the assessed risks, well-founded security requirements for protecting the overall system and its functionality are systematically derived and formulated in a uniform, machine-readable structure. This machine-readable structure makes it possible to propagate security requirements automatically along the supply chain. Furthermore, they enable the efficient reconciliation of present capabilities with external security requirements from regulations, processes, and business partners. Despite all measures taken, there is always a slight risk of compromise, which requires an appropriate response. This residual risk is addressed by tools and processes that improve the local and large-scale detection, classification, and correlation of incidents. Integrating the findings from such incidents into the model often leads to updated assessments, new requirements, and improves further analyses. Finally, the presented framework is demonstrated by a recent application example from the automotive domain

Architectural Data Flow Analysis for Detecting Violations of Confidentiality Requirements

Diese Arbeit präsentiert einen Ansatz zur systematischen Berücksichtigung von Vertraulichkeitsanforderungen in Softwarearchitekturen mittels Abbildung und Analyse von Datenflüssen. Die Stärkung von Datenschutzregularien, wie bspw. durch die europäische Datenschutzgrundverordnung (DSGVO), und die Reaktionen der Bevölkerung auf Datenskandale, wie bspw. den Skandal um Cambridge Analytica, haben gezeigt, dass die Wahrung von Vertraulichkeit für Organisationen von essentieller Bedeutung ist. Um Vertraulichkeit zu wahren, muss diese während des gesamten Softwareentwicklungsprozesses berücksichtigt werden. Frühe Entwicklungsphasen benötigen hier insbesondere große Beachtung, weil ein beträchtlicher Anteil an späteren Problemen auf Fehler in diesen frühen Entwicklungsphasen zurückzuführen ist. Hinzu kommt, dass der Aufwand zum Beseitigen von Fehlern aus der Softwarearchitektur in späteren Entwicklungsphasen überproportional steigt. Um Verletzungen von Vertraulichkeitsanforderungen zu erkennen, werden in früheren Entwicklungsphasen häufig datenorientierte Dokumentationen der Softwaresysteme verwendet. Dies kommt daher, dass die Untersuchung einer solchen Verletzung häufig erfordert, Datenflüssen zu folgen. Datenflussdiagramme (DFDs) werden gerne genutzt, um Sicherheit im Allgemeinen und Vertraulichkeit im Speziellen zu untersuchen. Allerdings sind reine DFDs noch nicht ausreichend, um darauf aufbauende Analysen zu formalisieren und zu automatisieren. Stattdessen müssen DFDs oder auch andere Architekturbeschreibungssprachen (ADLs) erweitert werden, um die zur Untersuchung von Vertraulichkeit notwendigen Informationen repräsentieren zu können. Solche Erweiterungen unterstützen häufig nur Vertraulichkeitsanforderungen für genau einen Vertraulichkeitsmechanismus wie etwa Zugriffskontrolle. Eine Kombination von Mechanismen unterstützen solche auf einen einzigen Zweck fokussierten Erweiterungen nicht, was deren Ausdrucksmächtigkeit einschränkt. Möchte ein Softwarearchitekt oder eine Softwarearchitektin den eingesetzten Vertraulichkeitsmechanismus wechseln, muss er oder sie auch die ADL wechseln, was mit hohem Aufwand für das erneute Modellieren der Softwarearchitektur einhergeht. Darüber hinaus bieten viele Analyseansätze keine Integration in bestehende ADLs und Entwicklungsprozesse. Ein systematischer Einsatz eines solchen Ansatzes wird dadurch deutlich erschwert. Existierende, datenorientierte Ansätze bauen entweder stark auf manuelle Aktivitäten und hohe Expertise oder unterstützen nicht die gleichzeitige Repräsentation von Zugriffs- und Informationsflusskontrolle, sowie Verschlüsselung im selben Artefakt zur Architekturspezifikation. Weil die genannten Vertraulichkeitsmechanismen am verbreitetsten sind, ist es wahrscheinlich, dass Softwarearchitekten und Softwarearchitektinnen an der Nutzung all dieser Mechanismen interessiert sind. Die erwähnten, manuellen Tätigkeiten umfassen u.a. die Identifikation von Verletzungen mittels Inspektionen und das Nachverfolgen von Daten durch das System. Beide Tätigkeiten benötigen ein beträchtliches Maß an Erfahrung im Bereich Vertraulichkeit. Wir adressieren in dieser Arbeit die zuvor genannten Probleme mittels vier Beiträgen: Zuerst präsentieren wir eine Erweiterung der DFD-Syntax, durch die die zur Untersuchung von Zugriffs- und Informationsflusskontrolle, sowie Verschlüsselung notwendigen Informationen mittels Eigenschaften und Verhaltensbeschreibungen innerhalb des selben Artefakts zur Architekturspezifikation ausgedrückt werden können. Zweitens stellen wir eine Semantik dieser erweiterten DFD-Syntax vor, die das Verhalten von DFDs über die Ausbreitung von Attributen (engl.: label propagation) formalisiert und damit eine automatisierte Rückverfolgung von Daten ermöglicht. Drittens präsentieren wir Analysedefinitionen, die basierend auf der DFD-Syntax und -Semantik Verletzungen von Vertraulichkeitsanforderungen identifizieren kann. Die unterstützten Vertraulichkeitsanforderungen decken die wichtigsten Varianten von Zugriffs- und Informationsflusskontrolle, sowie Verschlüsselung ab. Viertens stellen wir einen Leitfaden zur Integration des Rahmenwerks für datenorientierte Analysen in bestehende ADLs und deren zugehörige Entwicklungsprozesse vor. Das Rahmenwerk besteht aus den vorherigen drei Beiträgen. Die Validierung der Ausdrucksmächtigkeit, der Ergebnisqualität und des Modellierungsaufwands unserer Beiträge erfolgt fallstudienbasiert auf siebzehn Fallstudiensystemen. Die Fallstudiensysteme stammen größtenteils aus verwandten Arbeiten und decken fünf Arten von Zugriffskontrollanforderungen, vier Arten von Informationsflussanforderungen, zwei Arten von Verschlüsselung und Anforderungen einer Kombination beider Vertraulichkeitsmechanismen ab. Wir haben die Ausdrucksmächtigkeit der DFD-Syntax, sowie der mittels des Integrationsleitfadens erstellten ADLs validiert und konnten alle außer ein Fallstudiensystem repräsentieren. Wir konnten außerdem die Vertraulichkeitsanforderungen von sechzehn Fallstudiensystemen mittels unserer Analysedefinitionen repräsentieren. Die DFD-basierten, sowie die ADL-basierten Analysen lieferten die erwarteten Ergebnisse, was eine hohe Ergebnisqualität bedeutet. Den Modellierungsaufwand in den erweiterten ADLs validierten wir sowohl für das Hinzufügen, als auch das Wechseln eines Vertraulichkeitsmechanismus bei einer bestehenden Softwarearchitektur. In beiden Validierungen konnten wir zeigen, dass die ADL-Integrationen Modellierungsaufwand einsparen, indem beträchtliche Teile bestehender Softwarearchitekturen wiederverwendet werden können. Von unseren Beiträgen profitieren Softwarearchitekten durch gesteigerte Flexibilität bei der Auswahl von Vertraulichkeitsmechanismen, sowie beim Wechsel zwischen diesen Mechanismen. Die frühe Identifikation von Vertraulichkeitsverletzungen verringert darüber hinaus den Aufwand zum Beheben der zugrundeliegenden Probleme

Combining SOA and BPM Technologies for Cross-System Process Automation

This paper summarizes the results of an industry case study that introduced a cross-system business process automation solution based on a combination of SOA and BPM standard technologies (i.e., BPMN, BPEL, WSDL). Besides discussing major weaknesses of the existing, custom-built, solution and comparing them against experiences with the developed prototype, the paper presents a course of action for transforming the current solution into the proposed solution. This includes a general approach, consisting of four distinct steps, as well as specific action items that are to be performed for every step. The discussion also covers language and tool support and challenges arising from the transformation

Secure requirements engineering in a constrained agile environment.

Doctoral degree. University of KwaZulu-Natal, Durban.Requirements Engineering (RE) is a software engineering process that takes place early in the software development life cycle namely, during the planning phase of software development. A list of highly refined requirements that is the blueprint for the system, is the output of this process. It is vital to address critical issues such as security within RE, to prevent patching and hot fixing later. Exorbitant losses can be prevented through secure systems development. The purpose of this research study was to delineate the Agile RE practices through a sequential explanatory mixed methods study approach to explicate the relationship between RE practices and the security of an application. An in-depth literature review was undertaken to understand RE processes and security approaches during application development. This mixed methods research study was contextualised at seventeen software development companies in South Africa. Data was collected in three phases. In the first phase, the researcher used a field survey questionnaire as the primary research instrument to gather data on Agile RE practices such as elicitation, security approaches and requirements prioritisation. In phase two of the data collection, interviews were used as a qualitative data gathering tool to explain, triangulate and strengthen the survey results. The security of live Agile Software Development artifacts were then randomly evaluated using a dynamic analysis security testing (DAST) tool. To contribute to the body of knowledge, the researcher used fuzzy logics and fuzzy sets to develop an automated fuzzy tool that assists requirements engineers to control client requirements. The Design Science Research Methodology, an Information Systems (IS) theoretical framework, guided the development of the automated fuzzy software tool. The automated fuzzy tool was evaluated in phase three of data collection and showed positive results for ranking client requirements in Agile RE. The major finding of this study was that although Agile RE practices in the real world are aligned to mainstream RE, proper security approaches are lacking. The problem is exacerbated by the lack of web application security knowledge and insufficient application security training by requirements engineers. The study concludes that poor security practices in Agile RE are having a negative impact on the security of the Agile Software Development product. As an implication of this study, the researcher suggests stricter adherences by practitioners to Agile Software Development principles and values as outlined in the Agile Manifesto and Agile Security Manifesto

Fundamental Approaches to Software Engineering

This open access book constitutes the proceedings of the 23rd International Conference on Fundamental Approaches to Software Engineering, FASE 2020, which took place in Dublin, Ireland, in April 2020, and was held as Part of the European Joint Conferences on Theory and Practice of Software, ETAPS 2020. The 23 full papers, 1 tool paper and 6 testing competition papers presented in this volume were carefully reviewed and selected from 81 submissions. The papers cover topics such as requirements engineering, software architectures, specification, software quality, validation, verification of functional and non-functional properties, model-driven development and model transformation, software processes, security and software evolution