Modeling Deception for Cyber Security

In the era of software-intensive, smart and connected systems, the growing power and so- phistication of cyber attacks poses increasing challenges to software security. The reactive posture of traditional security mechanisms, such as anti-virus and intrusion detection systems, has not been sufficient to combat a wide range of advanced persistent threats that currently jeopardize systems operation. To mitigate these extant threats, more ac- tive defensive approaches are necessary. Such approaches rely on the concept of actively hindering and deceiving attackers. Deceptive techniques allow for additional defense by thwarting attackers’ advances through the manipulation of their perceptions. Manipu- lation is achieved through the use of deceitful responses, feints, misdirection, and other falsehoods in a system. Of course, such deception mechanisms may result in side-effects that must be handled. Current methods for planning deception chiefly portray attempts to bridge military deception to cyber deception, providing only high-level instructions that largely ignore deception as part of the software security development life cycle. Con- sequently, little practical guidance is provided on how to engineering deception-based techniques for defense. This PhD thesis contributes with a systematic approach to specify and design cyber deception requirements, tactics, and strategies. This deception approach consists of (i) a multi-paradigm modeling for representing deception requirements, tac- tics, and strategies, (ii) a reference architecture to support the integration of deception strategies into system operation, and (iii) a method to guide engineers in deception mod- eling. A tool prototype, a case study, and an experimental evaluation show encouraging results for the application of the approach in practice. Finally, a conceptual coverage map- ping was developed to assess the expressivity of the deception modeling language created.Na era digital o crescente poder e sofisticação dos ataques cibernéticos apresenta constan- tes desafios para a segurança do software. A postura reativa dos mecanismos tradicionais de segurança, como os sistemas antivírus e de detecção de intrusão, não têm sido suficien- tes para combater a ampla gama de ameaças que comprometem a operação dos sistemas de software actuais. Para mitigar estas ameaças são necessárias abordagens ativas de defesa. Tais abordagens baseiam-se na ideia de adicionar mecanismos para enganar os adversários (do inglês deception). As técnicas de enganação (em português, "ato ou efeito de enganar, de induzir em erro; artimanha usada para iludir") contribuem para a defesa frustrando o avanço dos atacantes por manipulação das suas perceções. A manipula- ção é conseguida através de respostas enganadoras, de "fintas", ou indicações erróneas e outras falsidades adicionadas intencionalmente num sistema. É claro que esses meca- nismos de enganação podem resultar em efeitos colaterais que devem ser tratados. Os métodos atuais usados para enganar um atacante inspiram-se fundamentalmente nas técnicas da área militar, fornecendo apenas instruções de alto nível que ignoram, em grande parte, a enganação como parte do ciclo de vida do desenvolvimento de software seguro. Consequentemente, há poucas referências práticas em como gerar técnicas de defesa baseadas em enganação. Esta tese de doutoramento contribui com uma aborda- gem sistemática para especificar e desenhar requisitos, táticas e estratégias de enganação cibernéticas. Esta abordagem é composta por (i) uma modelação multi-paradigma para re- presentar requisitos, táticas e estratégias de enganação, (ii) uma arquitetura de referência para apoiar a integração de estratégias de enganação na operação dum sistema, e (iii) um método para orientar os engenheiros na modelação de enganação. Uma ferramenta protó- tipo, um estudo de caso e uma avaliação experimental mostram resultados encorajadores para a aplicação da abordagem na prática. Finalmente, a expressividade da linguagem de modelação de enganação é avaliada por um mapeamento de cobertura de conceitos

Necessary Conditions for Open-Ended Evolution

Evolution on Earth is widely considered to be an effectively endless process. Though this phenomenon of open-ended evolution (OEE) has been a topic of interest in the artificial life community since its beginnings, the field still lacks an empirically validated theory of what exactly is necessary to reproduce the phenomenon in general (including in domains quite unlike Earth). This dissertation (1) enumerates a set of conditions hypothesized to be necessary for OEE in addition to (2) introducing an artificial life world called Chromaria that incorporates each of the hypothesized necessary conditions. It then (3) describes a set of experiments with Chromaria designed to empirically validate the hypothesized necessary conditions. Thus, this dissertation describes the first scientific endeavor to systematically test an OEE framework in an alife world and thereby make progress towards solving an open question not just for evolutionary computation and artificial life, but for science in general