Continuous Management of Requirement Decisions Using the ConDec Tools

Context and motivation: While eliciting, prioritizing, and implementing requirements, requirements engineers and developers continuously make decisions. They establish important decision knowledge that needs to be documented and exploited, i.e., thoroughly managed, so that it contributes to the evolution and future changes of a software system. Question/problem: The management of decision knowledge is difficult for various reasons: 1) The documentation process is an additional effort, i.e., it is intrusive in the development process. 2) The documented knowledge can be of low quality in terms of completeness and consistency. 3) It might be distributed across many documentation locations, such as issue comments and commit messages, and thus difficult to access and use. Principal ideas/results: Continuous software engineering (CSE) emerged as a development process that involves frequent, incremental decision making, implementation, and validation of requirements. During CSE, requirements engineers and developers implicitly document decision knowledge during established practices, such as committing code, working with issues in an issue tracking system, or conducting meetings. That means that CSE offers opportunities for the non-intrusive capturing of decision knowledgein various documentation locations. Contribution: We develop the ConDec tools (https://se.ifi.uni-heidelberg.de/condec.html) that support requirements engineers and developers in documenting and exploiting decision knowledge directly within the tools they use, such as issue tracking and wiki systems, related to various software artifacts, such as requirements and code, and during change impact analysis

Envisioning Model-Based Performance Engineering Frameworks.

Abstract Our daily activities depend on complex software systems that must guarantee certain performance. Several approaches have been devised in the last decade to validate software systems against performance requirements. However, software designers still encounter problems in the interpretation of performance analysis results (e.g., mean values, probability distribution functions) and in the definition of design alternatives (e.g., to split a software component in two and redeploy one of them) aimed at fulfilling performance requirements. This paper describes a general model-based performance engineering framework to support designers in dealing with such problems aimed at enhancing the system. The framework relies on a formalization of the knowledge needed in order to characterize performance flaws and provide alternative system design. Such knowledge can be instantiated based on the techniques devised for interpreting performance analysis results and providing feedback to designers. Three techniques are considered in this paper for instantiating the framework and the main challenges to face during such process are pointed out and discussed

Dynamic Access Control in Industry 4.0 Systems

Industry 4.0 enacts ad-hoc cooperation between machines, humans, and organizations in supply and production chains. The cooperation goes beyond rigid hierarchical process structures and increases the levels of efficiency, customization, and individualisation of end-products. Efficient processing and cooperation requires exploiting various sensor and process data and sharing them across various entities including computer systems, machines, mobile devices, humans, and organisations. Access control is a common security mechanism to control data sharing between involved parties. However, access control to virtual resources is not sufficient in presence of Industry 4.0 because physical access has a considerable effect on the protection of information and systems. In addition, access control mechanisms have to become capable of handling dynamically changing situations arising from ad-hoc horizontal cooperation or changes in the environment of Industry 4.0 systems. Established access control mechanisms do not consider dynamic changes and the combination with physical access control yet. Approaches trying to address these shortcomings exist but often do not consider how to get information such as the sensitivity of exchanged information. This chapter proposes a novel approach to control physical and virtual access tied to the dynamics of custom product engineering, hence, establishing confidentiality in ad-hoc horizontal processes. The approach combines static design-time analyses to discover data properties with a dynamic runtime access control approach that evaluates policies protecting virtual and physical assets. The runtime part uses data properties derived from the static design-time analysis, as well as the environment or system status to decide about access

Domain-specific Language for Data-driven Design Time Analyses and Result Mappings for Logic Programs

In der vernetzten Welt von Heute ist der Austausch von Daten für viele Anwendungen unerlässlich. Mit der zunehmenden Vernetzung und dem wachsenden Datenaufkommen wird die Gewährleistung von Sicherheit, Datenschutz und die Einhaltung rechtlicher Vorgaben immer wichtiger. Um diesen Anforderungen frühzeitig gerecht zu werden, können Datenflussanalysen zur Entwurfszeit eingesetzt werden. Durch explizite Modellierung der Daten und ihrer Eigenschaften kann das Architekturmodell automatisch gegen Datenflussbeschränkungen getestet werden. Diese Verifikationsansätze transformieren die modellierte Architektur in ihnen zugrunde liegende Formalismen wie z.B. logische Programme. Um die Aussagekraft der Beschränkungen zu erhöhen, müssen diese oft ebenfalls unter Nutzung des Formalismus ausgedrückt werden. Dies erfordert von den Architekten Kenntnisse über den Formalismus, die transformierte Architektur und die Verifikationsumgebung. Unser Ziel ist es, die Lücke zwischen der architektonischen Domäne und dem zugrundeliegenden Formalismus zu schließen, die bei der Formulierung von Datenflussbeschränkungen auftritt. Wir schlagen eine domänenspezifische Sprache (DSL) vor, die es Architekten ermöglicht, Einschränkungen bereits während der Definition der Architektur festzulegen. Durch die Verwendung der selben Terminologie, die auch zur Modellierung der Architektur eingesetzt wird, können individualisierte Beschränkungen ohne Kenntnisse des Überprüfungsprozesses formuliert werden. Zusätzlich stellen wir eine Abbildung der in unserer DSL formulierten Einschränkungen von der Architekturdomäne in den Formalismus vor. Analyseergebnisse werden in die Architekturdomäne zurück abgebildet, um deren Interpretation zu erleichtern. Die DSL basiert auf der Sammlung und Generalisierung bestehender Einschränkungen aus realen Fallstudien. Wir bewerten die Aussagekraft, Nutzbarkeit und Kompaktheit der DSL für Datenflussbeschränkungen unterschiedlicher Größe. Ungefähr 75% der untersuchten Beschränkungen können mit der ersten Version unserer DSL ausgedrückt werden, wobei bis zu 10-mal weniger Quelltext benötigt wird. Neben den Grundlagen der Datenflussmodellierung und Wissen über die Modellierungsumgebung sind keine weiteren Kenntnisse über den Transformations- oder Verifikationsmechanismus erforderlich. Zusätzlich untersuchen wir die Äquivalenz der Analyseergebnisse von Beschränkungen, die in unserer DSL formuliert wurden mit Beschränkungen, welche direkt unter Nutzung des Formalismus ausgedrückt wurden. In unseren Tests erreichen Beschränkungen, welche mit Hilfe unserer DSL formuliert wurden, eine 100%ige Ausbeute bei einer Präzision von 90%

Koostööäriprotsesside läbiviimine plokiahelal: süsteem

Tänapäeval peavad organisatsioonid tegema omavahel koostööd, et kasutada ära üksteise täiendavaid võimekusi ning seeläbi pakkuda oma klientidele parimaid tooteid ja teenuseid. Selleks peavad organisatsioonid juhtima äriprotsesse, mis ületavad nende organisatsioonilisi piire. Selliseid protsesse nimetatakse koostööäriprotsessideks. Üks peamisi takistusi koostööäriprotsesside elluviimisel on osapooltevahelise usalduse puudumine. Plokiahel loob detsentraliseeritud pearaamatu, mida ei saa võltsida ning mis toetab nutikate lepingute täitmist. Nii on võimalik teha koostööd ebausaldusväärsete osapoolte vahel ilma kesksele asutusele tuginemata. Paraku on aga äriprotsesside läbiviimine selliseid madala taseme plokiahela elemente kasutades tülikas, veaohtlik ja erioskusi nõudev. Seevastu juba väljakujunenud äriprotsesside juhtimissüsteemid (Business Process Management System – BPMS) pakuvad käepäraseid abstraheeringuid protsessidele orienteeritud rakenduste kiireks arendamiseks. Käesolev doktoritöö käsitleb koostööäriprotsesside automatiseeritud läbiviimist plokiahela tehnoloogiat kasutades, kombineerides traditsioonliste BPMS- ide arendusvõimalused plokiahelast tuleneva suurendatud usaldusega. Samuti käsitleb antud doktoritöö küsimust, kuidas pakkuda tuge olukordades, milles uued osapooled võivad jooksvalt protsessiga liituda, mistõttu on vajalik tagada paindlikkus äriprotsessi marsruutimisloogika muutmise osas. Doktoritöö uurib tarkvaraarhitektuurilisi lähenemisviise ja modelleerimise kontseptsioone, pakkudes välja disainipõhimõtteid ja nõudeid, mida rakendatakse uudsel plokiahela baasil loodud äriprotsessi juhtimissüsteemil CATERPILLAR. CATERPILLAR-i süsteem toetab kahte lähenemist plokiahelal põhinevate protsesside rakendamiseks, läbiviimiseks ja seireks: kompileeritud ja tõlgendatatud. Samuti toetab see kahte kontrollitud paindlikkuse mehhanismi, mille abil saavad protsessis osalejad ühiselt otsustada, kuidas protsessi selle täitmise ajal uuendada ning anda ja eemaldada osaliste juurdepääsuõigusi.Nowadays, organizations are pressed to collaborate in order to take advantage of their complementary capabilities and to provide best-of-breed products and services to their customers. To do so, organizations need to manage business processes that span beyond their organizational boundaries. Such processes are called collaborative business processes. One of the main roadblocks to implementing collaborative business processes is the lack of trust between the participants. Blockchain provides a decentralized ledger that cannot be tamper with, that supports the execution of programs called smart contracts. These features allow executing collaborative processes between untrusted parties and without relying on a central authority. However, implementing collaborative business processes in blockchain can be cumbersome, error-prone and requires specialized skills. In contrast, established Business Process Management Systems (BPMSs) provide convenient abstractions for rapid development of process-oriented applications. This thesis addresses the problem of automating the execution of collaborative business processes on top of blockchain technology in a way that takes advantage of the trust-enhancing capabilities of this technology while offering the development convenience of traditional BPMSs. The thesis also addresses the question of how to support scenarios in which new parties may be onboarded at runtime, and in which parties need to have the flexibility to change the default routing logic of the business process. We explore architectural approaches and modelling concepts, formulating design principles and requirements that are implemented in a novel blockchain-based BPMS named CATERPILLAR. The CATERPILLAR system supports two methods to implement, execute and monitor blockchain-based processes: compiled and interpreted. It also supports two mechanisms for controlled flexibility; i.e., participants can collectively decide on updating the process during its execution as well as granting and revoking access to parties.https://www.ester.ee/record=b536494

Architectural Alignment of Access Control Requirements Extracted from Business Processes

Business processes and information systems evolve constantly and affect each other in non-trivial ways. Aligning security requirements between both is a challenging task. This work presents an automated approach to extract access control requirements from business processes with the purpose of transforming them into a) access permissions for role-based access control and b) architectural data flow constraints to identify violations of access control in enterprise application architectures

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