Wireless Security: What Technology Is the Most Secure?

This paper looks at the security of wireless networking solutions. The study focuses on current wireless security standards and technologies and points out the problems that these face. A variety of wireless security solutions are looked at and discussed. The future technologies show promise as far as fixing the mistakes of previous wireless security technologies. Although, as in all security areas, in the end there is not one solution that is secure for every circumstance

Quarantine-mode based live patching for zero downtime safety-critical systems

150 p.En esta tesis se presenta una arquitectura y diseño de software, llamado Cetratus, que permite las actualizaciones en caliente en sistemas críticos, donde se efectúan actualizaciones dinámicas de los componentes de la aplicación. La característica principal es la ejecución y monitorización en modo cuarentena, donde la nueva versión del software es ejecutada y monitorizada hasta que se compruebe la confiabilidad de esta nueva versión. Esta característica también ofrece protección contra posibles fallos de software y actualización, así como la propagación de esos fallos a través del sistema. Para este propósito, se emplean técnicas de particionamiento. Aunque la actualización del software es iniciada por el usuario Updater, se necesita la ratificación del auditor para poder proceder y realizar la actualización dinámica. Estos usuarios son autenticados y registrados antes de continuar con la actualización. También se verifica la autenticidad e integridad del parche dinámico. Cetratus está alineado con las normativas de seguridad funcional y de ciber-seguridad industriales respecto a las actualizaciones de software.Se proporcionan dos casos de estudio. Por una parte, en el caso de uso de energía inteligente, se analiza una aplicación de gestión de energía eléctrica, compuesta por un sistema de gestión de energía (BEMS por sus siglas en ingles) y un servicio de optimización de energía en la nube (BEOS por sus siglas en ingles). El BEMS monitoriza y controla las instalaciones de energía eléctrica en un edificio residencial. Toda la información relacionada con la generación, consumo y ahorro es enviada al BEOS, que estima y optimiza el consumo general del edificio para reducir los costes y aumentar la eficiencia energética. En este caso de estudio se incorpora una nueva capa de ciberseguridad para aumentar la ciber-seguridad y privacidad de los datos de los clientes. Específicamente, se utiliza la criptografía homomorfica. Después de la actualización, todos los datos son enviados encriptados al BEOS.Por otro lado, se presenta un caso de estudio ferroviario. En este ejemplo se actualiza el componente Euroradio, que es la que habilita las comunicaciones entre el tren y el equipamiento instalado en las vías en el sistema de gestión de tráfico ferroviario en Europa (ERTMS por sus siglas en ingles). En el ejemplo se actualiza el algoritmo utilizado para el código de autenticación del mensaje (MAC por sus siglas en inglés) basado en el algoritmo de encriptación AES, debido a los fallos de seguridad del algoritmo actual

Network Security Automation

L'abstract è presente nell'allegato / the abstract is in the attachmen

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

MP-CFM: MPTCP-Based communication functional module for next generation ERTMS

184 p. El contenido de los capítulos 4,5,6,7,8 y 9 está sujeto a confidencialidadEl Sistema Europeo de Gestión del Tráfico Ferroviario (ERTMS, por sus siglasen inglés), fue originalmente diseñado para los ferrocarriles europeos. Sinembargo, a lo largo de las dos últimas décadas, este sistema se ha convertidoen el estándar de-facto para los servicios de Alta Velocidad en la mayoría depaíses desarrollados.El sistema ERTMS se compone de tres subsistemas principales: 1) el Sistemade Control Ferroviario Europeo (ETCS, por sus siglas en inglés), que actúacomo aplicación de señalización; 2) el sistema Euroradio, que a su vez estádividido en dos subsistemas, el Módulo de Seguridad Funcional (SFM, porsus siglas en inglés), y el Módulo de Comunicación Funcional (CFM, porsus siglas en inglés); y 3) el sistema de comunicaciones subyacente, GSM-R,que transporta la información intercambiada entre el sistema embarcado enel tren (OBU, por sus siglas en inglés) y el Centro de Bloqueo por Radio(RBC, por sus siglas en inglés). El sistema de señalización ETCS soporta tresniveles dependiendo del nivel de prestaciones soportadas. En el nivel 3 seintroduce la posibilidad de trabajar con bloques móviles en lugar de bloquesfijos definidos en la vía. Esto implica que la distancia de avance entre dos trenesconsecutivos puede ser reducida a una distancia mínima en la que se garanticela seguridad del servicio, aumentando por tanto la capacidad del corredorferroviario. Esta distancia de seguridad viene determinada por la combinaciónde la distancia de frenado del tren y el retraso de las comunicaciones deseñalización. Por lo tanto, se puede afirmar que existe una relación directaentre los retrasos y la confiabilidad de las transmisiones de las aplicaciones deseñalización y la capacidad operacional de un corredor ferroviario. Así pues,el estudio y mejora de los sistemas de comunicaciones utilizados en ERTMSjuegan un papel clave en la evolución del sistema ERTMS. Asimismo, unaoperatividad segura en ERTMS, desde el punto de vista de las comunicacionesimplicadas en la misma, viene determinada por la confiabilidad de lascomunicaciones, la disponibilidad de sus canales de comunicación, el retrasode las comunicaciones y la seguridad de sus mensajes.Unido este hecho, la industria ferroviaria ha venido trabajando en ladigitalización y la transición al protocolo IP de la mayor parte de los sistemasde señalización. Alineado con esta tendencia, el consorcio industrial UNISIGha publicado recientemente un nuevo modelo de comunicaciones para ERTMSque incluye la posibilidad, no solo de operar con el sistema tradicional,basado en tecnología de conmutación de circuitos, sino también con un nuevosistema basado en IP. Esta tesis está alineada con el contexto de migraciónactual y pretende contribuir a mejorar la disponibilidad, confiabilidad yseguridad de las comunicaciones, tomando como eje fundamental los tiemposde transmisión de los mensajes, con el horizonte puesto en la definición deuna próxima generación de ERTMS, definida en esta tesis como NGERTMS.En este contexto, se han detectado tres retos principales para reforzar laresiliencia de la arquitectura de comunicaciones del NGERTMS: 1) mejorarla supervivencia de las comunicaciones ante disrupciones; 2) superar laslimitaciones actuales de ERTMS para enviar mensajes de alta prioridad sobretecnología de conmutación de paquetes, dotando a estos mensajes de un mayorgrado de resiliencia y menor latencia respecto a los mensajes ordinarios; y3) el aumento de la seguridad de las comunicaciones y el incremento de ladisponibilidad sin que esto conlleve un incremento en la latencia.Considerando los desafíos previamente descritos, en esta tesis se proponeuna arquitectura de comunicaciones basada en el protocolo MPTCP, llamadaMP-CFM, que permite superar dichos desafíos, a la par que mantener laretrocompatibilidad con el sistema de comunicaciones basado en conmutaciónde paquetes recientemente propuesto por UNISIG. Hasta el momento, esta esla primera vez que se propone una arquitectura de comunicaciones completacapaz de abordar los desafíos mencionados anteriormente. Esta arquitecturaimplementa cuatro tipos de clase de servicio, los cuales son utilizados porlos paquetes ordinarios y de alta prioridad para dos escenarios distintos; unescenario en el que ambos extremos, el sistema embarcado o OBU y el RBC,disponen de múltiples interfaces de red; y otro escenario transicional en el cualel RBC sí tiene múltiples interfaces de red pero el OBU solo dispone de unaúnica interfaz. La arquitectura de comunicaciones propuesta para el entornoferroviario ha sido validada mediante un entorno de simulación desarrolladopara tal efecto. Es más, dichas simulaciones demuestran que la arquitecturapropuesta, ante disrupciones de canal, supera con creces en términos derobustez el sistema diseñado por UNISIG. Como conclusión, se puede afirmarque en esta tesis se demuestra que una arquitectura de comunicaciones basadade MPTCP cumple con los exigentes requisitos establecidos para el NGERTMSy por tanto dicha propuesta supone un avance en la evolución del sistema deseñalización ferroviario europeo

Practical Encryption Gateways to Integrate Legacy Industrial Machinery

Future industrial networks will consist of a mixture of old and new components, due to the very long life-cycles of industrial machines on the one hand and the need to change in the face of trends like Industry 4.0 or the industrial Internet of things on the other. These networks will be very heterogeneous and will serve legacy as well as new use cases in parallel. This will result in an increased demand for network security and precisely within this domain, this thesis tries to answer one specific question: how to make it possible for legacy industrial machines to run securely in those future heterogeneous industrial networks. The need for such a solution arises from the fact, that legacy machines are very outdated and hence vulnerable systems, when assessing them from an IT security standpoint. For various reasons, they cannot be easily replaced or upgraded and with the opening up of industrial networks to the Internet, they become prime attack targets. The only way to provide security for them, is by protecting their network traffic. The concept of encryption gateways forms the basis of our solution. These are special network devices, that are put between the legacy machine and the network. The gateways encrypt data traffic from the machine before it is put on the network and decrypt traffic coming from the network accordingly. This results in a separation of the machine from the network by virtue of only decrypting and passing through traffic from other authenticated gateways. In effect, they protect communication data in transit and shield the legacy machines from potential attackers within the rest of the network, while at the same time retaining their functionality. Additionally, through the specific placement of gateways inside the network, fine-grained security policies become possible. This approach can reduce the attack surface of the industrial network as a whole considerably. As a concept, this idea is straight forward and not new. Yet, the devil is in the details and no solution specifically tailored to the needs of the industrial environment and its legacy components existed prior to this work. Therefore, we present in this thesis concrete building blocks in the direction of a generally applicable encryption gateway solution that allows to securely integrate legacy industrial machinery and respects industrial requirements. This not only entails works in the direction of network security, but also includes works in the direction of guaranteeing the availability of the communication links that are protected by the gateways, works to simplify the usability of the gateways as well as the management of industrial data flows by the gateways

Proceedings of the 2nd International Workshop on Security in Mobile Multiagent Systems

This report contains the Proceedings of the Second Workshop on Security on Security of Mobile Multiagent Systems (SEMAS2002). The Workshop was held in Montreal, Canada as a satellite event to the 5th International Conference on Autonomous Agents in 2001. The far reaching influence of the Internet has resulted in an increased interest in agent technologies, which are poised to play a key role in the implementation of successful Internet and WWW-based applications in the future. While there is still considerable hype concerning agent technologies, there is also an increasing awareness of the problems involved. In particular, that these applications will not be successful unless security issues can be adequately handled. Although there is a large body of work on cryptographic techniques that provide basic building-blocks to solve specific security problems, relatively little work has been done in investigating security in the multiagent system context. Related problems are secure communication between agents, implementation of trust models/authentication procedures or even reflections of agents on security mechanisms. The introduction of mobile software agents significantly increases the risks involved in Internet and WWW-based applications. For example, if we allow agents to enter our hosts or private networks, we must offer the agents a platform so that they can execute correctly but at the same time ensure that they will not have deleterious effects on our hosts or any other agents / processes in our network. If we send out mobile agents, we should also be able to provide guarantees about specific aspects of their behaviour, i.e., we are not only interested in whether the agents carry out-out their intended task correctly. They must defend themselves against attacks initiated by other agents, and survive in potentially malicious environments. Agent technologies can also be used to support network security. For example in the context of intrusion detection, intelligent guardian agents may be used to analyse the behaviour of agents on a firewall or intelligent monitoring agents can be used to analyse the behaviour of agents migrating through a network. Part of the inspiration for such multi-agent systems comes from primitive animal behaviour, such as that of guardian ants protecting their hill or from biological immune systems

Evaluating IP security and mobility on lightweight hardware

This work presents an empirical evaluation of applicability of selected existing IP security and mobility mechanisms to lightweight mobile devices and network components with limited resources and capabilities. In particular, we consider the Host Identity Protocol (HIP), recently specified by the IETF for achieving authentication, secure mobility and multihoming, data protection and prevention of several types of attacks. HIP uses the Diffie-Hellman protocol to establish a shared secret for two hosts, digital signatures to provide integrity of control plane and IPsec ESP encryption to protect user data. These computationally expensive operations might easily stress CPU, memory and battery resources of a lightweight client, as well as negatively affect data throughput and latency.We describe our porting experience with HIP on an embedded Linux PDA, a Symbian-based smartphone and two OpenWrt Wi-Fi access routers, thereby contributing to the protocol deployment. We present a set of measurement results of different HIP operations on these devices and evaluate the impact of public-key cryptography on the processor load, memory usage and battery lifetime, as well as the influence of the IPsec encryption on Round-Trip Time and TCP throughput. In addition, we assess how the lightweight hardware of a mobile handheld or a Wi-Fi access router in turn affects the duration of certain protocol operations including HIP base exchange, HIP mobility update, puzzle solving procedure and generation of an asymmetric key pair. After analyzing the empirical results we make conclusions and recommendations on applicability of unmodified HIP and IPsec to resource-constrained mobile devices. We also survey related work and draw parallels with our own research results

Analyse de sécurité et QoS dans les réseaux à contraintes temporelles

Dans le domaine des réseaux, deux précieux objectifs doivent être atteints, à savoir la QoS et la sécurité, plus particulièrement lorsqu’il s’agit des réseaux à caractère critique et à fortes contraintes temporelles. Malheureusement, un conflit existe : tandis que la QoS œuvre à réduire les temps de traitement, les mécanismes de sécurité quant à eux requièrent d’importants temps de traitement et causent, par conséquent, des délais et dégradent la QoS. Par ailleurs, les systèmes temps réel, la QoS et la sécurité ont très souvent été étudiés séparément, par des communautés différentes. Dans le contexte des réseaux avioniques de données, de nombreux domaines et applications, de criticités différentes, échangent mutuellement des informations, souvent à travers des passerelles. Il apparaît clairement que ces informations présentent différents niveaux de sensibilité en termes de sécurité et de QoS. Tenant compte de cela, le but de cette thèse est d’accroître la robustesse des futures générations de réseaux avioniques de données en contrant les menaces de sécurité et évitant les ruptures de trafic de données. A cet effet, nous avons réalisé un état de l’art des mécanismes de sécurité, de la QoS et des applications à contraintes temporelles. Nous avons, ensuite étudié la nouvelle génération des réseaux avioniques de données. Chose qui nous a permis de déterminer correctement les différentes menaces de sécurité. Sur la base de cette étude, nous avons identifié à la fois les exigences de sécurité et de QoS de cette nouvelle génération de réseaux avioniques. Afin de les satisfaire, nous avons proposé une architecture de passerelle de sécurité tenant compte de la QoS pour protéger ces réseaux avioniques et assurer une haute disponibilité en faveur des données critiques. Pour assurer l’intégration des différentes composantes de la passerelle, nous avons développé une table de session intégrée permettant de stocker toutes les informations nécessaires relatives aux sessions et d’accélérer les traitements appliqués aux paquets (filtrage à états, les traductions d’adresses NAT, la classification QoS et le routage). Cela a donc nécessité, en premier lieu, l'étude de la structure existante de la table de session puis, en second lieu, la proposition d'une toute nouvelle structure répondant à nos objectifs. Aussi, avons-nous présenté un algorithme permettant l’accès et l’exploitation de la nouvelle table de session intégrée. En ce qui concerne le composant VPN IPSec, nous avons détecté que le trafic chiffré par le protocole ESP d’IPSec ne peut pas être classé correctement par les routeurs de bordure. Afin de surmonter ce problème, nous avons développé un protocole, Q-ESP, permettant la classification des trafics chiffrés et offrant les services de sécurité fournis par les protocoles AH et ESP combinés. Plusieurs techniques de gestion de bande passante ont été développées en vue d’optimiser la gestion du trafic réseau. Pour évaluer les performances offertes par ces techniques et identifier laquelle serait la plus appropriée dans notre cas, nous avons effectué une comparaison basée sur le critère du délai, par le biais de tests expérimentaux. En dernière étape, nous avons évalué et comparé les performances de la passerelle de sécurité que nous proposons par rapport à trois produits commerciaux offrant les fonctions de passerelle de sécurité logicielle en vue de déterminer les points forts et faibles de notre implémentation pour la développer ultérieurement. Le manuscrit s’organise en deux parties : la première est rédigée en français et représente un résumé détaillé de la deuxième partie qui est, quant à elle, rédigée en anglais. ABSTRACT : QoS and security are two precious objectives for network systems to attain, especially for critical networks with temporal constraints. Unfortunately, they often conflict; while QoS tries to minimize the processing delay, strong security protection requires more processing time and causes traffic delay and QoS degradation. Moreover, real-time systems, QoS and security have often been studied separately and by different communities. In the context of the avionic data network various domains and heterogeneous applications with different levels of criticality cooperate for the mutual exchange of information, often through gateways. It is clear that this information has different levels of sensitivity in terms of security and QoS constraints. Given this context, the major goal of this thesis is then to increase the robustness of the next generation e-enabled avionic data network with respect to security threats and ruptures in traffic characteristics. From this perspective, we surveyed the literature to establish state of the art network security, QoS and applications with time constraints. Then, we studied the next generation e-enabled avionic data network. This allowed us to draw a map of the field, and to understand security threats. Based on this study we identified both security and QoS requirements of the next generation e-enabled avionic data network. In order to satisfy these requirements we proposed the architecture of QoS capable integrated security gateway to protect the next generation e-enabled avionic data network and ensure the availability of critical traffic. To provide for a true integration between the different gateway components we built an integrated session table to store all the needed session information and to speed up the packet processing (firewall stateful inspection, NAT mapping, QoS classification and routing). This necessitates the study of the existing session table structure and the proposition of a new structure to fulfill our objective. Also, we present the necessary processing algorithms to access the new integrated session table. In IPSec VPN component we identified the problem that IPSec ESP encrypted traffic cannot be classified appropriately by QoS edge routers. To overcome this problem, we developed a Q-ESP protocol which allows the classifications of encrypted traffic and combines the security services provided by IPSec ESP and AH. To manage the network traffic wisely, a variety of bandwidth management techniques have been developed. To assess their performance and identify which bandwidth management technique is the most suitable given our context we performed a delay-based comparison using experimental tests. In the final stage, we benchmarked our implemented security gateway against three commercially available software gateways. The goal of this benchmark test is to evaluate performance and identify problems for future research work. This dissertation is divided into two parts: in French and in English respectively. Both parts follow the same structure where the first is an extended summary of the second