Atomic Information Disclosure of Off-Chained Computations Using Threshold Encryption

Public Blockchains on their own are, by definition, incapable of keeping data private and disclosing it at a later time. Control over the eventual disclosure of private data must be maintained outside a Blockchain by withholding and later publishing encryption keys, for example. We propose the Atomic Information Disclosure (AID) pattern based on threshold encryption that allows a set of key holders to govern the release of data without having access to it. We motivate this pattern with problems that require independently reproduced solutions. By keeping submissions private until a deadline expires, participants are unable to plagiarise and must therefore generate their own solutions which can then be aggregated and analysed to determine a final answer. We outline the importance of a game-theoretically sound incentive scheme, possible attacks, and other future work

Decentralizing Software Identity Management

Software ist in unterschiedlichsten Bereichen von größter Wichtigkeit: Wirtschaft, Handel, Industrielle Steueranlagen, Transport, Logistik, Kommunikation, sowie im privaten Gebrauch um nur einige Beispiele zu nennen. Es ist entsprechend unverzichtbar, Software mit Integrität und einer expliziten Befürwortung durch den jeweiligen Entwickler oder Herausgeber zu beziehen. In dieser Arbeit verfolgen wir das Ziel, die Interaktion zwischen Erstellern und Nutzern von Software durch die Etablierung und Nutzung von expliziten Identitäten für Software weiter abzusichern. Eine Softwareidentität etabliert in erster Linie einen eindeutigen und persistenten Bezugspunkt an den Softwareersteller Informationen zu Binärdateien ihrer Software anhängen und entfernen können. Die Möglichkeit zuvor veröffentlichte Binärdateien aus einer Softwareidentität zu entfernen erlaubt Entwicklern auf sicherheitskritische Fehler oder Kompromittierungen zu reagieren, indem sie klar kommunizieren, dass bestimmte Binärdateien nicht länger verwendet werden sollten. Nutzer einer Software können über solche Widerrufe oder neue Versionen informiert werden, indem sie die entsprechende Softwareidentität beobachten über die sie dann auch die Integrität und Befürwortung von heruntergeladenen Binärdateien überprüfen können. Distributed Ledger Technologien wie Ethereum oder zuvor Bitcoin scheinen taugliche Plattformen für die Umsetzung von Softwareidentitäten zu sein, ohne dabei auf zentrale Anbieter vertrauen zu müssen. Ein offenes Peer-to-Peer Netzwerk etabliert einen Konsens über einen manipulationsgeschützten Zustandsverlauf, der namensgebende Ledger, und ermöglicht Zugriff auf selbigen. Ethereum ist einer der ersten Distributed Ledger, der sogenannte Smart Contracts ermöglicht. Dabei handelt es sich um Programme, die auf einem Distributed Ledger installiert und ausgeführt werden und damit einen eindeutig referenzierbaren Teil des Ledgerzustandes etablieren und verwalten. Einzig und allein die Programmierung eines Smart Contracts bestimmt darüber, wer den Teilzustand wann und wie verändern kann. Die erste Forschungsfrage dieser Dissertation zielt auf die Tauglichkeit von Distributed Ledger Technologien hinsichtlich der Etablierung, Verwaltung, und Nutzung von Softwareidentitäten ab. Insbesondere untersuchen wir, wie nützliche Eigenschaften für Softwareidentitätsmanagement und -nutzung von den Sicherheitseigenschaften des zugrundeliegenden Distributed Ledgers und weiteren Annahmen abgeleitet werden können. Neben der Verwendung von Softwareidentitäten zur weiteren Absicherung der Softwaredistribution untersuchen wir außerdem ihre Nutzbarkeit als Grundlage für unabhängige Begutachtungen von Softwareversionen. Die Durchführung solcher unabhängigen Begutachtungen mittels Distributed Ledgern führt unweigerlich zu einer Herausforderung hinsichtlich der koordinierten Offenlegung der Ergebnisse. Zum Zeitpunkt der Abfassung dieser Arbeit bietet kein Distributed Ledger eine entsprechende Funktionalität, um die Erstellung einer Menge unabhängig erstellter Aussagen zu unterstützen oder zu dokumentieren. Die zweite Forschungsfrage dieser Arbeit befasst sich deshalb mit der Umsetzung eines Offenlegungsmechanismus für Distributed Ledger basierend auf bestehenden kryptografischen Primitiven. Wir behandeln beide Forschungsfragen, indem wir entsprechende dezentrale Anwendungen konzipieren, implementieren, und evaluieren. Wir nutzen dabei Ethereum als prominentestes Exemplar eines Smart-Contract-fähigen Distributed Ledgers. Genauer gesagt messen wir die Installations- und Ausführungskosten jener Smart Contracts, die für unsere dezentralen Anwendungen nötig sind, um ihre praktische Tauglichkeit zu bestimmen. In zwei Fällen ermitteln wir außerdem den Rechenaufwand, der abseits des Ledgers anfällt. Wir zeigen zudem semi-formal, wie die Sicherheitseigenschaften unserer Proof of Concept Implementierung von dem zugrundeliegenden Distributed Ledger und weiteren Annahmen abgeleitet werden können. Wir kommen zu dem Ergebnis, dass Ethereum stellvertretend für Smart-Contract-fähige Distributed Ledger eine taugliche Plattform für die Umsetzung von Softwareidentitäten ist, inklusive der zuvor angemerkten unabhängigen Begutachtungen. Da unser Konzept des Softwareidentitätsmanagements auf eher grundlegenden Eigenschaften von Distributed Ledgern fußt sollte es sich gut auf andere Systeme übertragen lassen. Im Gegensatz dazu erfordert unser Konzept für einen Offenlegungsmechanismus die Unterstützung von bestimmten kryptografischen Operationen auf dem verwendeten Ledger, was die Übertragbarkeit entsprechend einschränkt. Die Kosten für die Installation der nötigen Smart Contracts sind signifikant größer als die Ausführungskosten im typischen Gebrauch, weshalb wir für zukünftige Arbeit empfehlen, die Wiederverwendbarkeit von installierten Smart Contract Instanzen zu verbessern. Bei der koordinierten Offenlegung von unabhängig erstellten Aussagen auf einem Distributed Ledger erzielen wir eine Reduktion der Gesamtkosten von 20–40 % im Vergleich zu verwandter Arbeit, indem wir unterschiedliche kryptografische Anforderungen ausnutzen. Unser Ansatz um eine koordinierte Offenlegung auf Ethereum zu erzielen stützt sich auf Elliptische-Kurven-Operationen die, obwohl ausreichend, zum aktuellen Zeitpunkt sehr eingeschränkt sind. Entsprechend trägt unsere Arbeit einen weiteren Grund für die Erweiterung der unterstützten elliptischen Kurven im Zuge der Weiterentwicklung von Ethereum bei

SMoTherSpectre: exploiting speculative execution through port contention

Spectre, Meltdown, and related attacks have demonstrated that kernels, hypervisors, trusted execution environments, and browsers are prone to information disclosure through micro-architectural weaknesses. However, it remains unclear as to what extent other applications, in particular those that do not load attacker-provided code, may be impacted. It also remains unclear as to what extent these attacks are reliant on cache-based side channels. We introduce SMoTherSpectre, a speculative code-reuse attack that leverages port-contention in simultaneously multi-threaded processors (SMoTher) as a side channel to leak information from a victim process. SMoTher is a fine-grained side channel that detects contention based on a single victim instruction. To discover real-world gadgets, we describe a methodology and build a tool that locates SMoTher-gadgets in popular libraries. In an evaluation on glibc, we found hundreds of gadgets that can be used to leak information. Finally, we demonstrate proof-of-concept attacks against the OpenSSH server, creating oracles for determining four host key bits, and against an application performing encryption using the OpenSSL library, creating an oracle which can differentiate a bit of the plaintext through gadgets in libcrypto and glibc

Integration of Blockchain and Auction Models: A Survey, Some Applications, and Challenges

In recent years, blockchain has gained widespread attention as an emerging technology for decentralization, transparency, and immutability in advancing online activities over public networks. As an essential market process, auctions have been well studied and applied in many business fields due to their efficiency and contributions to fair trade. Complementary features between blockchain and auction models trigger a great potential for research and innovation. On the one hand, the decentralized nature of blockchain can provide a trustworthy, secure, and cost-effective mechanism to manage the auction process; on the other hand, auction models can be utilized to design incentive and consensus protocols in blockchain architectures. These opportunities have attracted enormous research and innovation activities in both academia and industry; however, there is a lack of an in-depth review of existing solutions and achievements. In this paper, we conduct a comprehensive state-of-the-art survey of these two research topics. We review the existing solutions for integrating blockchain and auction models, with some application-oriented taxonomies generated. Additionally, we highlight some open research challenges and future directions towards integrated blockchain-auction models

IoT Health Devices: Exploring Security Risks in the Connected Landscape

The concept of the Internet of Things (IoT) spans decades, and the same can be said for its inclusion in healthcare. The IoT is an attractive target in medicine; it offers considerable potential in expanding care. However, the application of the IoT in healthcare is fraught with an array of challenges, and also, through it, numerous vulnerabilities that translate to wider attack surfaces and deeper degrees of damage possible to both consumers and their confidence within health systems, as a result of patient-specific data being available to access. Further, when IoT health devices (IoTHDs) are developed, a diverse range of attacks are possible. To understand the risks in this new landscape, it is important to understand the architecture of IoTHDs, operations, and the social dynamics that may govern their interactions. This paper aims to document and create a map regarding IoTHDs, lay the groundwork for better understanding security risks in emerging IoTHD modalities through a multi-layer approach, and suggest means for improved governance and interaction. We also discuss technological innovations expected to set the stage for novel exploits leading into the middle and latter parts of the 21st century

Préserver la vie privée des individus grâce aux Systèmes Personnels de Gestion des Données

Riding the wave of smart disclosure initiatives and new privacy-protection regulations, the Personal Cloud paradigm is emerging through a myriad of solutions offered to users to let them gather and manage their whole digital life. On the bright side, this opens the way to novel value-added services when crossing multiple sources of data of a given person or crossing the data of multiple people. Yet this paradigm shift towards user empowerment raises fundamental questions with regards to the appropriateness of the functionalities and the data management and protection techniques which are offered by existing solutions to laymen users. Our work addresses these questions on three levels. First, we review, compare and analyze personal cloud alternatives in terms of the functionalities they provide and the threat models they target. From this analysis, we derive a general set of functionality and security requirements that any Personal Data Management System (PDMS) should consider. We then identify the challenges of implementing such a PDMS and propose a preliminary design for an extensive and secure PDMS reference architecture satisfying the considered requirements. Second, we focus on personal computations for a specific hardware PDMS instance (i.e., secure token with mass storage of NAND Flash). In this context, we propose a scalable embedded full-text search engine to index large document collections and manage tag-based access control policies. Third, we address the problem of collective computations in a fully-distributed architecture of PDMSs. We discuss the system and security requirements and propose protocols to enable distributed query processing with strong security guarantees against an attacker mastering many colluding corrupted nodes.Surfant sur la vague des initiatives de divulgation restreinte de données et des nouvelles réglementations en matière de protection de la vie privée, le paradigme du Cloud Personnel émerge à travers une myriade de solutions proposées aux utilisateurs leur permettant de rassembler et de gérer l'ensemble de leur vie numérique. Du côté positif, cela ouvre la voie à de nouveaux services à valeur ajoutée lors du croisement de plusieurs sources de données d'un individu ou du croisement des données de plusieurs personnes. Cependant, ce changement de paradigme vers la responsabilisation de l'utilisateur soulève des questions fondamentales quant à l'adéquation des fonctionnalités et des techniques de gestion et de protection des données proposées par les solutions existantes aux utilisateurs lambda. Notre travail aborde ces questions à trois niveaux. Tout d'abord, nous passons en revue, comparons et analysons les alternatives de cloud personnel au niveau des fonctionnalités fournies et des modèles de menaces ciblés. De cette analyse, nous déduisons un ensemble général d'exigences en matière de fonctionnalité et de sécurité que tout système personnel de gestion des données (PDMS) devrait prendre en compte. Nous identifions ensuite les défis liés à la mise en œuvre d'un tel PDMS et proposons une conception préliminaire pour une architecture PDMS étendue et sécurisée de référence répondant aux exigences considérées. Ensuite, nous nous concentrons sur les calculs personnels pour une instance matérielle spécifique du PDMS (à savoir, un dispositif personnel sécurisé avec un stockage de masse de type NAND Flash). Dans ce contexte, nous proposons un moteur de recherche plein texte embarqué et évolutif pour indexer de grandes collections de documents et gérer des politiques de contrôle d'accès basées sur des étiquettes. Troisièmement, nous abordons le problème des calculs collectifs dans une architecture entièrement distribuée de PDMS. Nous discutons des exigences d'architectures système et de sécurité et proposons des protocoles pour permettre le traitement distribué des requêtes avec de fortes garanties de sécurité contre un attaquant maîtrisant de nombreux nœuds corrompus

Bell nonlocality

Bell's 1964 theorem, which states that the predictions of quantum theory cannot be accounted for by any local theory, represents one of the most profound developments in the foundations of physics. In the last two decades, Bell's theorem has been a central theme of research from a variety of perspectives, mainly motivated by quantum information science, where the nonlocality of quantum theory underpins many of the advantages afforded by a quantum processing of information. The focus of this review is to a large extent oriented by these later developments. We review the main concepts and tools which have been developed to describe and study the nonlocality of quantum theory, and which have raised this topic to the status of a full sub-field of quantum information science.Comment: 65 pages, 7 figures. Final versio