Functionality-based application confinement: A parameterised and hierarchical approach to policy abstraction for rule-based application-oriented access controls

Access controls are traditionally designed to protect resources from users, and consequently make access decisions based on the identity of the user, treating all processes as if they are acting on behalf of the user that runs them. However, this user-oriented approach is insufficient at protecting against contemporary threats, where security compromises are often due to applications running malicious code, either due to software vulnerabilities or malware. Application-oriented access controls can mitigate this threat by managing the authority of individual applications. Rule-based application-oriented access controls can restrict applications to only allow access to the specific finely-grained resources required for them to carry out their tasks, and thus can significantly limit the damage that can be caused by malicious code. Unfortunately existing application-oriented access controls have policy complexity and usability problems that have limited their use. This thesis proposes a new access control model, known as functionality-based application confinement (FBAC). The FBAC model has a number of unique features designed to overcome problems with previous approaches. Policy abstractions, known as functionalities, are used to assign authority to applications based on the features they provide. Functionalities authorise elaborate sets of finely grained privileges based on high-level security goals, and adapt to the needs of specific applications through parameterisation. FBAC is hierarchical, which enables it to provide layers of abstraction and encapsulation in policy. It also simultaneously enforces the security goals of both users and administrators by providing discretionary and mandatory controls. An LSM-based (Linux security module) prototype implementation, known as FBAC-LSM, was developed as a proof-of-concept and was used to evaluate the new model and associated techniques. The policy requirements of over one hundred applications were analysed, and policy abstractions and application policies were developed. Analysis showed that the FBAC model is capable of representing the privilege needs of applications. The model is also well suited to automaiii tion techniques that can in many cases create complete application policies a priori, that is, without first running the applications. This is an improvement over previous approaches that typically rely on learning modes to generate policies. A usability study was conducted, which showed that compared to two widely-deployed alternatives (SELinux and AppArmor), FBAC-LSM had significantly higher perceived usability and resulted in significantly more protective policies. Qualitative analysis was performed and gave further insight into the issues surrounding the usability of application-oriented access controls, and confirmed the success of the FBAC model

Lightweight Environment for Cyber Security Education

The use of physical systems and Virtual Machines has become inefficient and expensive for creating tailored, hands-on exercises for providing cyber security training. The main purpose of this project is to directly address these issues faced in cyber security education with the help of Docker containers. Using Docker, a lightweight and automated platform was developed for creating, sharing, and managing hands-on exercises. With the help of orchestration tools, this platform provides a centralized point to monitor and control the systems and exercises with a high degree of automation. In a classroom/lab environment, this infrastructure enables instructors and students not only to share exercises but also helps create and deploy exercises more easily. By streamlining the end to end delivery and deployment of the exercises, instructors can now efficiently make use of the class/lab hours in educating the students rather than performing system administration tasks

Remote fidelity of Container-Based Network Emulators

This thesis examines if Container-Based Network Emulators (CBNEs) are able to instantiate emulated nodes that provide sufficient realism to be used in information security experiments. The realism measure used is based on the information available from the point of view of a remote attacker. During the evaluation of a Container-Based Network Emulator (CBNE) as a platform to replicate production networks for information security experiments, it was observed that nmap fingerprinting returned Operating System (OS) family and version results inconsistent with that of the host Operating System (OS). CBNEs utilise Linux namespaces, the technology used for containerisation, to instantiate \emulated" hosts for experimental networks. Linux containers partition resources of the host OS to create lightweight virtual machines that share a single OS kernel. As all emulated hosts share the same kernel in a CBNE network, there is a reasonable expectation that the fingerprints of the host OS and emulated hosts should be the same. Based on how CBNEs instantiate emulated networks and that fingerprinting returned inconsistent results, it was hypothesised that the technologies used to construct CBNEs are capable of influencing fingerprints generated by utilities such as nmap. It was predicted that hosts emulated using different CBNEs would show deviations in remotely generated fingerprints when compared to fingerprints generated for the host OS. An experimental network consisting of two emulated hosts and a Layer 2 switch was instantiated on multiple CBNEs using the same host OS. Active and passive fingerprinting was conducted between the emulated hosts to generate fingerprints and OS family and version matches. Passive fingerprinting failed to produce OS family and version matches as the fingerprint databases for these utilities are no longer maintained. For active fingerprinting the OS family results were consistent between tested systems and the host OS, though OS version results reported was inconsistent. A comparison of the generated fingerprints revealed that for certain CBNEs fingerprint features related to network stack optimisations of the host OS deviated from other CBNEs and the host OS. The hypothesis that CBNEs can influence remotely generated fingerprints was partially confirmed. One CBNE system modified Linux kernel networking options, causing a deviation from fingerprints generated for other tested systems and the host OS. The hypothesis was also partially rejected as the technologies used by CBNEs do not influence the remote fidelity of emulated hosts.Thesis (MSc) -- Faculty of Science, Computer Science, 202

Securely extending and running low-code applications with C#

Low-code development platforms provide an accessible infrastructure for the creation of software by domain experts, also called "citizen developers", without the need for formal programming education. Development is facilitated through graphical user interfaces, although traditional programming can still be used to extend low-code applications, for example when external services or complex business logic needs to be implemented that cannot be realized with the features available on a platform. Since citizen developers are usually not specifically trained in software development, they require additional support when writing code, particularly with regard to security and advanced techniques like debugging or versioning. In this thesis, several options to assist developers of low-code applications are investigated and implemented. A framework to quickly build code editor extensions is developed, and an approach to leverage the Roslyn compiler platform to implement custom static code analysis rules for low-code development platforms using the .NET platform is demonstrated. Furthermore, a sample application showing how Roslyn can be used to build a simple, integrated debugging tool, as well as an abstraction of the version control system Git for easier usage by citizen developers, is implemented. Security is a critical aspect when low-code applications are deployed. To provide an overview over possible options to ensure the secure and isolated execution of low-code applications, a threat model is developed and used as the basis for a comparison between OS-level virtualization, sandboxing, and runtime code security implementations

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

Application for managing container-based software development environments

Abstract. Virtualizing the software development process can enhance efficiency through unified, remotely managed environments. Docker containers, a popular technology in software development, are widely used for application testing and deployment. This thesis examines the use of containers as cloud-based development environments. This study explores the history and implementation of container-based virtualization before presenting containers as a novel cloud-based software development environment. Virtual containers, like virtual machines, have been extensively used in software development for code testing but not as development environments. Containers are also prevalent in the final stages of software production, specifically in the distribution and deployment of completed applications. In the practical part of the thesis, an application is implemented to improve the usability of a container-based development environment, addressing challenges in adopting new work environments. The work was conducted for a private company, and multiple experts provided input. The management application enhanced the container-based development environment’s efficiency by improving user rights management, virtual container management, and user interface. Additionally, the new management tools reduced training time for new employees by 50%, facilitating their integration into the organization. Container-based development environments with efficient management tools provide a secure, efficient, and unified platform for large-scale software development. Virtual containers also hold potential for future improvements in energy-saving strategies and organizational work method harmonization and integration.Sovellus konttipohjaisten ohjelmistonkehitysympäristöjen hallintaan. Tiivistelmä. Ohjelmistokehitysprosessin virtualisointi voi parantaa tehokkuutta yhtenäisten, etähallittujen ympäristöjen avulla. Ohjelmistonkehityksessä suosittu ohjelmistonkehitysteknologia, Docker-kontteja käytetään laajalti sovellusten testaamisessa ja käyttöönotossa. Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan konttien käyttöä pilvipohjaisina kehitysympäristöinä. Tämä tutkimus tutkii konttipohjaisen virtualisoinnin historiaa ja toteutusta, jonka jälkeen esitellään konttien käyttöä uudenlaisena pilvipohjaisena ohjelmistokehitysympäristönä. Virtuaalisia kontteja, kuten virtuaalikoneita, on käytetty laajasti ohjelmistokehityksessä kooditestauksessa, mutta ei kehitysympäristöinä. Kontit ovat myös yleisiä ohjelmistotuotannon loppuvaiheissa, erityisesti valmiiden sovellusten jakelussa ja käyttöönotossa. Opinnäytetyön käytännön osassa toteutetaan konttipohjaisen kehitysympäristön käytettävyyttä parantava sovellus, joka vastaa uusien työympäristöjen käyttöönoton haasteisiin. Työ suoritettiin yksityiselle yritykselle, ja sen suunnitteluun osallistui useita asiantuntijoita. Hallintasovellus lisäsi konttipohjaisen kehitysympäristön tehokkuutta parantamalla käyttäjäoikeuksien hallintaa, virtuaalisen kontin hallintaa ja käyttöliittymää. Lisäksi uudet hallintatyökalut lyhensivät uusien työntekijöiden koulutusaikaa 50%, mikä helpotti heidän integroitumistaan organisaatioon. Säiliöpohjaiset kehitysympäristöt varustettuina tehokkailla hallintatyökaluilla tarjoavat turvallisen, tehokkaan ja yhtenäisen alustan laajamittaiseen ohjelmistokehitykseen. Virtuaalisissa konteissa on myös potentiaalia tulevaisuuden parannuksiin energiansäästöstrategioissa ja organisaation työmenetelmien harmonisoinnissa ja integroinnissa

Virtual Organization Clusters: Self-Provisioned Clouds on the Grid

Virtual Organization Clusters (VOCs) provide a novel architecture for overlaying dedicated cluster systems on existing grid infrastructures. VOCs provide customized, homogeneous execution environments on a per-Virtual Organization basis, without the cost of physical cluster construction or the overhead of per-job containers. Administrative access and overlay network capabilities are granted to Virtual Organizations (VOs) that choose to implement VOC technology, while the system remains completely transparent to end users and non-participating VOs. Unlike alternative systems that require explicit leases, VOCs are autonomically self-provisioned according to configurable usage policies. As a grid computing architecture, VOCs are designed to be technology agnostic and are implementable by any combination of software and services that follows the Virtual Organization Cluster Model. As demonstrated through simulation testing and evaluation of an implemented prototype, VOCs are a viable mechanism for increasing end-user job compatibility on grid sites. On existing production grids, where jobs are frequently submitted to a small subset of sites and thus experience high queuing delays relative to average job length, the grid-wide addition of VOCs does not adversely affect mean job sojourn time. By load-balancing jobs among grid sites, VOCs can reduce the total amount of queuing on a grid to a level sufficient to counteract the performance overhead introduced by virtualization