Evolving Bitcoin Custody

The broad topic of this thesis is the design and analysis of Bitcoin custody systems. Both the technology and threat landscape are evolving constantly. Therefore, custody systems, defence strategies, and risk models should be adaptive too. We introduce Bitcoin custody by describing the different types, design principles, phases and functions of custody systems. We review the technology stack of these systems and focus on the fundamentals; key-management and privacy. We present a perspective we call the systems view. It is an attempt to capture the full complexity of a custody system, including technology, people, and processes. We review existing custody systems and standards. We explore Bitcoin covenants. This is a mechanism to enforce constraints on transaction sequences. Although previous work has proposed how to construct and apply Bitcoin covenants, these require modifying the consensus rules of Bitcoin, a notoriously difficult task. We introduce the first detailed exposition and security analysis of a deleted-key covenant protocol, which is compatible with current consensus rules. We demonstrate a range of security models for deleted-key covenants which seem practical, in particular, when applied in autonomous (user-controlled) custody systems. We conclude with a comparative analysis with previous proposals. Covenants are often proclaimed to be an important primitive for custody systems, but no complete design has been proposed to validate that claim. To address this, we propose an autonomous custody system called Ajolote which uses deleted-key covenants to enforce a vault sequence. We evaluate Ajolote with; a model of its state dynamics, a privacy analysis, and a risk model. We propose a threat model for custody systems which captures a realistic attacker for a system with offline devices and user-verification. We perform ceremony analysis to construct the risk model.Comment: PhD thesi

Towards Least Privilege Principle: Limiting Unintended Accesses in Software Systems.

Adhering to the least privilege principle involves ensuring that only legitimate subjects have access rights to objects. Sometimes, this is hard because of permission irrevocability, changing security requirements, infeasibility of access control mechanisms, and permission creeps. If subjects turn rogue, the accesses can be abused. This thesis examines three scenarios where accesses are commonly abused and lead to security issues, and proposes three systems, SEAL, DeGap, and Expose to detect and, where practical, eliminate unintended accesses. Firstly, we examine abuse of email addresses, whose leakages are irreversible. Also, users can only hope that businesses requiring their email addresses for validating affiliations do not misuse them. SEAL uses semi-private aliases, which permits gradual and selective controls while providing privacy for affiliation validations. Secondly, access control mechanisms may be ineffective as subject roles change and administrative oversights lead to permission gaps, which should be removed expeditiously. Identifying permission gaps can be hard since another reference point besides granted permissions is often unavailable. DeGap uses access logs to estimate the gaps while using a common logic for various system services. DeGap also recommends configuration changes towards reducing the gaps. Lastly, unintended software code re-use can lead to intellectual property theft and license violations. Determining whether an application uses a library can be difficult. Compiler optimizations, function inlining, and lack of symbols make using syntactic methods a challenge, while pure semantic analysis is slow. Given a library and a set of applications, Expose combines syntactic and semantic analysis to efficiently help identify applications that re-use the library.PhDComputer Science & EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/99976/1/bengheng_1.pd

Leveraging the Cloud for Software Security Services.

This thesis seeks to leverage the advances in cloud computing in order to address modern security threats, allowing for completely novel architectures that provide dramatic improvements and asymmetric gains beyond what is possible using current approaches. Indeed, many of the critical security problems facing the Internet and its users are inadequately addressed by current security technologies. Current security measures often are deployed in an exclusively network-based or host-based model, limiting their efficacy against modern threats. However, recent advancements in the past decade in cloud computing and high-speed networking have ushered in a new era of software services. Software services that were previously deployed on-premise in organizations and enterprises are now being outsourced to the cloud, leading to fundamentally new models in how software services are sold, consumed, and managed. This thesis focuses on how novel software security services can be deployed that leverage the cloud to scale elegantly in their capabilities, performance, and management. First, we introduce a novel architecture for malware detection in the cloud. Next, we propose a cloud service to protect modern mobile devices, an ever-increasing target for malicious attackers. Then, we discuss and demonstrate the ability for attackers to leverage the same benefits of cloud-centric services for malicious purposes. Next, we present new techniques for the large-scale analysis and classification of malicious software. Lastly, to demonstrate the benefits of cloud-centric architectures outside the realm of malicious software, we present a threshold signature scheme that leverages the cloud for robustness and resiliency.Ph.D.Computer Science & EngineeringUniversity of Michigan, Horace H. Rackham School of Graduate Studieshttp://deepblue.lib.umich.edu/bitstream/2027.42/91385/1/jonojono_1.pd

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

“Be a Pattern for the World”: The Development of a Dark Patterns Detection Tool to Prevent Online User Loss

Dark Patterns are designed to trick users into sharing more information or spending more money than they had intended to do, by configuring online interactions to confuse or add pressure to the users. They are highly varied in their form, and are therefore difficult to classify and detect. Therefore, this research is designed to develop a framework for the automated detection of potential instances of web-based dark patterns, and from there to develop a software tool that will provide a highly useful defensive tool that helps detect and highlight these patterns

Technical Debt is an Ethical Issue

We introduce the problem of technical debt, with particular focus on critical infrastructure, and put forward our view that this is a digital ethics issue. We propose that the software engineering process must adapt its current notion of technical debt – focusing on technical costs – to include the potential cost to society if the technical debt is not addressed, and the cost of analysing, modelling and understanding this ethical debt. Finally, we provide an overview of the development of educational material – based on a collection of technical debt case studies - in order to teach about technical debt and its ethical implication

Minding the Gap: Computing Ethics and the Political Economy of Big Tech

In 1988 Michael Mahoney wrote that “[w]hat is truly revolutionary about the computer will become clear only when computing acquires a proper history, one that ties it to other technologies and thus uncovers the precedents that make its innovations significant” (Mahoney, 1988). Today, over thirty years after this quote was written, we are living right in the middle of the information age and computing technology is constantly transforming modern living in revolutionary ways and in such a high degree that is giving rise to many ethical considerations, dilemmas, and social disruption. To explore the myriad of issues associated with the ethical challenges of computers using the lens of political economy it is important to explore the history and development of computer technology