Security in Context-aware Mobile Business Applications

The support of location computation on mobile devices (e.g. mobile phones, PDAs) has enabled the development of context-aware and especially location-aware applications (e.g. Restaurant Finder, Friend Finder) which are becoming the new trend for future software applications. However, fears regarding security and privacy are the biggest barriers against their success. Especially, mobile users are afraid of the possible threats against their private identity and personal data. Within the M-Business research group at the University of Mannheim, various security and privacy aspects of context-aware mobile business applications are examined in this thesis. After providing a detailed introduction to context-aware applications, the security challenges of context-aware applications from the perspectives of different principals (i.e. mobile users, the broker, service providers) are analyzed. The privacy aspects, the challenges, the threats and legal directives regarding user privacy are explained and illustrated by real-life examples. The user-centric security architectures integrated within context-aware applications are introduced as anonymity and mobile identity management solutions. The M-Business security architecture providing security components for communication security, dynamic policy-based anonymity, secure storage on mobile devices, identity management for mobile users and cryptography libraries is explained in detail. The LaCoDa compiler which automatically generates final Java code from high level specifications of security protocols is introduced as a software-centric solution for preventing developer-specific security bugs in applications

Development of Secure Software : Rationale, Standards and Practices

The society is run by software. Electronic processing of personal and financial data forms the core of nearly all societal and economic activities, and concerns every aspect of life. Software systems are used to store, transfer and process this vital data. The systems are further interfaced by other systems, forming complex networks of data stores and processing entities.This data requires protection from misuse, whether accidental or intentional. Elaborate and extensive security mechanisms are built around the protected information assets. These mechanisms cover every aspect of security, from physical surroundings and people to data classification schemes, access control, identity management, and various forms of encryption. Despite the extensive information security effort, repeated security incidents keep compromising our financial assets, intellectual property, and privacy. In addition to the direct and indirect cost, they erode the trust in the very foundation of information security: availability, integrity, and confidentiality of our data. Lawmakers at various national and international levels have reacted by creating a growing body of regulation to establish a baseline for information security. Increased awareness of information security issues has led to extend this regulation to one of the core issues in secure data processing: security of the software itself. Information security contains many aspects. It is generally classified into organizational security, infrastructure security, and application security. Within application security, the various security engineering processes and techniques utilized at development time form the discipline of software security engineering. The aim of these security activities is to address the software-induced risk toward the organization, reduce the security incidents and thereby lower the lifetime cost of the software. Software security engineering manages the software risk by implementing various security controls right into the software, and by providing security assurance for the existence of these controls by verification and validation. A software development process has typically several objectives, of which security may form only a part. When security is not expressly prioritized, the development organizations have a tendency to direct their resources to the primary requirements. While producing short-term cost and time savings, the increased software risk, induced by a lack of security and assurance engineering, will have to be mitigated by other means. In addition to increasing the lifetime cost of software, unmitigated or even unidentified risk has an increased chance of being exploited and cause other software issues. This dissertation concerns security engineering in agile software development. The aim of the research is to find ways to produce secure software through the introduction of security engineering into the agile software development processes. Security engineering processes are derived from extant literature, industry practices, and several national and international standards. The standardized requirements for software security are traced to their origins in the late 1960s, and the alignment of the software engineering and security engineering objectives followed from their original challenges to the current agile software development methods. The research provides direct solutions to the formation of security objectives in software development, and to the methods used to achieve them. It also identifies and addresses several issues and challenges found in the integration of these activities into the development processes, providing directly applicable and clearly stated solutions for practical security engineering problems. The research found the practices and principles promoted by agile and lean software development methods to be compatible with many security engineering activities. Automated, tool-based processes and the drive for efficiency and improved software quality were found to directly support the security engineering techniques and objectives. Several new ways to integrate software engineering into agile software development processes were identified. Ways to integrate security assurance into the development process were also found, in the form of security documentation, analyses, and reviews. Assurance artifacts can be used to improve software design and enhance quality assurance. In contrast, detached security engineering processes may create security assurance that serves only purposes external to the software processes. The results provide direct benefits to all software stakeholders, from the developers and customers to the end users. Security awareness is the key to more secure software. Awareness creates a demand for security, and the demand gives software developers the concrete objectives and the rationale for the security work. This also creates a demand for new security tools, processes and controls to improve the efficiency and effectiveness of software security engineering. At first, this demand is created by increased security regulation. The main pressure for change will emanate from the people and organizations utilizing the software: security is a mandatory requirement, and software must provide it. This dissertation addresses these new challenges. Software security continues to gain importance, prompting for new solutions and research.Ohjelmistot ovat keskeinen osa yhteiskuntamme perusinfrastruktuuria. Merkittävä osa sosiaalisesta ja taloudellisesta toiminnastamme perustuu tiedon sähköiseen käsittelyyn, varastointiin ja siirtoon. Näitä tehtäviä suorittamaan on kehitetty merkittävä joukko ohjelmistoja, jotka muodostavat mutkikkaita tiedon yhteiskäytön mahdollistavia verkostoja. Tiedon suojaamiseksi sen ympärille on kehitetty lukuisia suojamekanismeja, joiden tarkoituksena on estää tiedon väärinkäyttö, oli se sitten tahatonta tai tahallista. Suojausmekanismit koskevat paitsi ohjelmistoja, myös niiden käyttöympäristöjä ja käyttäjiä sekä itse käsiteltävää tietoa: näitä mekanismeja ovat esimerkiksi tietoluokittelut, tietoon pääsyn rajaaminen, käyttäjäidentiteettien hallinta sekä salaustekniikat. Suojaustoimista huolimatta tietoturvaloukkaukset vaarantavat sekä liiketoiminnan ja yhteiskunnan strategisia tietovarantoj että henkilökohtaisia tietojamme. Taloudellisten menetysten lisäksi hyökkäykset murentavat luottamusta tietoturvan kulmakiviin: tiedon luottamuksellisuuteen, luotettavuuteen ja sen saatavuuteen. Näiden tietoturvan perustusten suojaamiseksi on laadittu kasvava määrä tietoturvaa koskevia säädöksiä, jotka määrittävät tietoturvan perustason. Lisääntyneen tietoturvatietoisuuden ansiosta uusi säännöstö on ulotettu koskemaan myös turvatun tietojenkäsittelyn ydintä,ohjelmistokehitystä. Tietoturva koostuu useista osa-alueista. Näitä ovat organisaatiotason tietoturvakäytännöt, tietojenkäsittelyinfrastruktuurin tietoturva, sekä tämän tutkimuksen kannalta keskeisenä osana ohjelmistojen tietoturva. Tähän osaalueeseen sisältyvät ohjelmistojen kehittämisen aikana käytettävät tietoturvatekniikat ja -prosessit. Tarkoituksena on vähentää ohjelmistojen organisaatioille aiheuttamia riskejä, tai poistaa ne kokonaan. Ohjelmistokehityksen tietoturva pyrkii pienentämään ohjelmistojen elinkaarikustannuksia määrittämällä ja toteuttamalla tietoturvakontrolleja suoraan ohjelmistoon itseensä. Lisäksi kontrollien toimivuus ja tehokkuus osoitetaan erillisten verifiointija validointimenetelmien avulla. Tämä väitöskirjatutkimus keskittyy tietoturvatyöhön osana iteratiivista ja inkrementaalista ns. ketterää (agile) ohjelmistokehitystä. Tutkimuksen tavoitteena on löytää uusia tapoja tuottaa tietoturvallisia ohjelmistoja liittämällä tietoturvatyö kiinteäksi osaksi ohjelmistokehityksen prosesseja. Tietoturvatyön prosessit on johdettu alan tieteellisestä ja teknillisestä kirjallisuudesta, ohjelmistokehitystyön vallitsevista käytännöistä sekä kansallisista ja kansainvälisistä tietoturvastandardeista. Standardoitujen tietoturvavaatimusten kehitystä on seurattu aina niiden alkuajoilta 1960-luvulta lähtien, liittäen ne ohjelmistokehityksen tavoitteiden ja haasteiden kehitykseen: nykyaikaan ja ketterien menetelmien valtakauteen saakka. Tutkimuksessa esitetään konkreettisia ratkaisuja ohjelmistokehityksen tietoturvatyön tavoitteiden asettamiseen ja niiden saavuttamiseen. Tutkimuksessa myös tunnistetaan ongelmia ja haasteita tietoturvatyön ja ohjelmistokehityksen menetelmien yhdistämisessä, joiden ratkaisemiseksi tarjotaan toimintaohjeita ja -vaihtoehtoja. Tutkimuksen perusteella iteratiivisen ja inkrementaalisen ohjelmistokehityksen käytäntöjen ja periaatteiden yhteensovittaminen tietoturvatyön toimintojen kanssa parantaa ohjelmistojen laatua ja tietoturvaa, alentaen täten kustannuksia koko ohjelmiston ylläpitoelinkaaren aikana. Ohjelmistokehitystyön automatisointi, työkaluihin pohjautuvat prosessit ja pyrkimys tehokkuuteen sekä korkeaan laatuun ovat suoraan yhtenevät tietoturvatyön menetelmien ja tavoitteiden kanssa. Tutkimuksessa tunnistettiin useita uusia tapoja yhdistää ohjelmistokehitys ja tietoturvatyö. Lisäksi on löydetty tapoja käyttää dokumentointiin, analyyseihin ja katselmointeihin perustuvaa tietoturvan todentamiseen tuotettavaa materiaalia osana ohjelmistojen suunnittelua ja laadunvarmistusta. Erillisinä nämä prosessit johtavat tilanteeseen, jossa tietoturvamateriaalia hyödynnetään pelkästään ohjelmistokehityksen ulkopuolisiin tarpeisiin. Tutkimustulokset hyödyttävät kaikkia sidosryhmiä ohjelmistojen kehittäjistä niiden tilaajiin ja loppukäyttäjiin. Ohjelmistojen tietoturvatyö perustuu tietoon ja koulutukseen. Tieto puolestaan lisää kysyntää, joka luo tietoturvatyölle konkreettiset tavoitteet ja perustelut jo ohjelmistokehitysvaiheessa. Tietoturvatyön painopiste siirtyy torjunnasta ja vahinkojen korjauksesta kohti vahinkojen rakenteellista ehkäisyä. Kysyntä luo tarpeen myös uusille työkaluille, prosesseille ja tekniikoille, joilla lisätään tietoturvatyön tehokkuutta ja vaikuttavuutta. Tällä hetkellä kysyntää luovat lähinnä lisääntyneet tietoturvaa koskevat säädökset. Pääosa muutostarpeesta syntyy kuitenkin ohjelmistojen tilaajien ja käyttäjien vaatimuksista: ohjelmistojen tietoturvakyvykkyyden taloudellinen merkitys kasvaa. Tietoturvan tärkeys tulee korostumaan entisestään, lisäten tarvetta tietoturvatyölle ja tutkimukselle myös tulevaisuudessa

An aspect-oriented framework for systematic security hardening of software

In this thesis, we address the problems related to the security hardening of open source software. Accordingly, we first propose an aspect-oriented and pattern-based approach for systematic security hardening. It is based on the full separation between the roles and duties of the security experts and the developers performing the hardening. Such proposition constitutes a bridge that allows the security experts to provide the best solutions to particular security problems with the details on why, how and where to apply them. Moreover, it allows the developers to use these solutions to harden open source software without the need to have high security expertise. We realize the proposed approach by elaborating a programming independent and aspect-oriented based language for security hardening called SHL, developing its corresponding parser, compiler and facilities and integrating all of them into a framework for software security hardening. We also illustrate the feasibility of the elaborated framework by developing several security hardening case studies that deal with known security requirements and vulnerabilities and applying them on large scale software. Second, we enrich SHL and the aspect-oriented languages with new pointcut and primitive constructs ( GAFlow, GDFlow, ExportParameter and ImportParameter ) that provide features missing in the current AOP proposals and needed for systematic security hardening concerns. We also explore the viability of the proposed pointcuts and primitives by elaborating and implementing their algorithms and presenting the result of explanatory case studies. Finally, we improve the proposed framework by proposing a new approach for applying security hardening on the Gimple representation of software and elaborating formal syntax for SHL and Gimple together with an operational semantics for SHL weaving based on Gimple. We realize our proposition by integrating into the GCC compiler few features described in the SHL weaving semantics and developing a demonstrative case stud