RelBAC: Relation Based Access Control

TheWeb 2.0, GRID applications and, more recently, semantic desktop applications are bringing the Web to a situation where more and more data and metadata are shared and made available to large user groups. In this context, metadata may be tags or complex graph structures such as file system or web directories, or (lightweight) ontologies. In turn, users can themselves be tagged by certain properties, and can be organized in complex directory structures, very much in the same way as data. Things are further complicated by the highly unpredictable and autonomous dynamics of data, users, permissions and access control rules. In this paper we propose a new access control model and a logic, called RelBAC (for Relation Based Access Control) which allows us to deal with this novel scenario. The key idea, which differentiates RelBAC from the state of the art, e.g., Role Based Access Control (RBAC), is that permissions are modeled as relations between users and data, while access control rules are their instantiations on specific sets of users and objects. As such, access control rules are assigned an arity which allows a fine tuning of which users can access which data, and can evolve independently, according to the desires of the policy manager(s). Furthermore, the formalization of the RelBAC model as an Entity-Relationship (ER) model allows for its direct translation into Description Logics (DL). In turn, this allows us to reason, possibly at run time, about access control policies

Scenarios for Description Logic

Description logics form a family of knowledge representation languages for modeling ontologies. Model-finding is a technique for analyzing a first-order theory T by constructing and querying the models of T. This project develops a translation from description logic theories to first-order theories, enabling the use of the Razor model-finder. We provide an implementation of the translation algorithm, and a proof of correctness of the algorithm. As a case study, we explore a sample role-based access control policy formalized in description logic and show how to reason about using Razor

Hierarchical Group and Attribute-Based Access Control: Incorporating Hierarchical Groups and Delegation into Attribute-Based Access Control

Attribute-Based Access Control (ABAC) is a promising alternative to traditional models of access control (i.e. Discretionary Access Control (DAC), Mandatory Access Control (MAC) and Role-Based Access control (RBAC)) that has drawn attention in both recent academic literature and industry application. However, formalization of a foundational model of ABAC and large-scale adoption is still in its infancy. The relatively recent popularity of ABAC still leaves a number of problems unexplored. Issues like delegation, administration, auditability, scalability, hierarchical representations, etc. have been largely ignored or left to future work. This thesis seeks to aid in the adoption of ABAC by filling in several of these gaps. The core contribution of this work is the Hierarchical Group and Attribute-Based Access Control (HGABAC) model, a novel formal model of ABAC which introduces the concept of hierarchical user and object attribute groups to ABAC. It is shown that HGABAC is capable of representing the traditional models of access control (MAC, DAC and RBAC) using this group hierarchy and that in many cases it’s use simplifies both attribute and policy administration. HGABAC serves as the basis upon which extensions are built to incorporate delegation into ABAC. Several potential strategies for introducing delegation into ABAC are proposed, categorized into families and the trade-offs of each are examined. One such strategy is formalized into a new User-to-User Attribute Delegation model, built as an extension to the HGABAC model. Attribute Delegation enables users to delegate a subset of their attributes to other users in an off-line manner (not requiring connecting to a third party). Finally, a supporting architecture for HGABAC is detailed including descriptions of services, high-level communication protocols and a new low-level attribute certificate format for exchanging user and connection attributes between independent services. Particular emphasis is placed on ensuring support for federated and distributed systems. Critical components of the architecture are implemented and evaluated with promising preliminary results. It is hoped that the contributions in this research will further the acceptance of ABAC in both academia and industry by solving the problem of delegation as well as simplifying administration and policy authoring through the introduction of hierarchical user groups

Comprehensive Specification and Efficient Enforcement of Role-based Access Control Policies using a Model-driven Approach

Prohibiting unauthorized access to critical resources and data has become a major requirement for enterprises. Access control (AC) mechanisms manage requests from users to access system resources; the access is granted or denied based on the authorization policies defined within the enterprise. One of the most used AC paradigms is role-based access control (RBAC), in which access rights are determined based on the user’s role. In this dissertation, we focus on the problems of modeling, specifying and enforcing complex RBAC policies, by making the following contributions: 1. the GemRBAC+CTX conceptual model, a UML extension of the RBAC model that includes all the entities required to express the various types of RBAC policies found in the literature, with a specific emphasis on contextual policies. For each type of policy, we provided the corresponding formalization using the Object Constraint Language (OCL) to operationalize the access decision for a user’s request using model-driven technologies. 2. the GemRBAC-DSL language, a domain-specific language for RBAC policies designed on top of the GemRBAC+CTX model. The language is characterized by a syntax close to natural language, which does not require any mathematical background for expressing RBAC policies. The language supports all the authorization policies captured by the GemRBAC+CTX model. 3. MORRO, a model-driven framework for the run-time enforcement of RBAC policies expressed in GemRBAC-DSL, built on top of the GemRBAC+CTX model. MORRO provides policy enforcement for both access and usage control. 4. three tools (an editor for GemRBAC-DSL, a model transformation tool for GemRBAC-DSL, a run-time enforcement framework) have been implemented and released as part of this work. The GemRBAC+CTX model and the GemRBAC-DSL language have been adopted by our industrial partner for the specification of the access control policies of a Web application in the domain of disaster reliefintervention. We have extensively evaluated the applicability and the scalability of MORRO on this Web application. The experimental results show that an access decision can be made on average, in less than 107 ms and that the time for processing a notification of an AC-related event is less than 512ms. Furthermore, both the access decision time and the execution time for processing a notification of an AC-related event scale—in the majority of the cases—linearly with respect to the parameters characterizing AC configurations; in the remaining cases, the access decision time is constant

The Conflict Notion and its Static Detection: a Formal Survey

The notion of policy is widely used to enable a flexible control of many systems: access control, privacy, accountability, data base, service, contract , network configuration, and so on. One important feature is to be able to check these policies against contradictions before the enforcement step. This is the problem of the conflict detection which can be done at different steps and with different approaches. This paper presents a review of the principles for conflict detection in related security policy languages. The policy languages, the notions of conflict and the means to detect conflicts are various, hence it is difficult to compare the different principles. We propose an analysis and a comparison of the five static detection principles we found in reviewing more than forty papers of the literature. To make the comparison easier we develop a logical model with four syntactic types of systems covering most of the literature examples. We provide a semantic classification of the conflict notions and thus, we are able to relate the detection principles, the syntactic types and the semantic classification. Our comparison shows the exact link between logical consistency and the conflict notions, and that some detection principles are subject to weaknesses if not used with the right conditions

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

Ubiquitous Nature of Event-Driven Approaches: A Retrospective View

This paper retrospectively analyzes the progress of event-based capability and their applicability in various domains. Although research on event-based approaches started in a humble manner with the intention of introducing triggers in database management systems for monitoring application state and to automate applications by reducing/eliminating user intervention, currently it has become a force to reckon with as it finds use in many diverse domains. This is primarily due to the fact that a large number of real-world applications are indeed event-driven and hence the paradigm is apposite. In this paper, we briefly overview the development of the ECA (or event-condition-action) paradigm. We briefly discuss the evolution of the ECA paradigm (or active capability) in relational and Object-oriented systems. We then describe several diverse applications where the ECA paradigm has been used effectively. The applications range from customized monitoring of web pages to specification and enforcement of access control policies using RBAC (role-based access control). The multitude of applications clearly demonstrate the ubiquitous nature of event-based approaches to problems that were not envisioned as the ones where the active capability would be applicable. Finally, we indicate some future trends that can benefit from the ECA paradigm