Beschreibung, Verarbeitung und Überprüfung clientseitiger Policies für vertrauenswürdige Cloud-Anwendungen

Für Geschäftsbereiche mit hohen Anforderungen an Vertraulichkeit und Datenschutz zur Verarbeitung ihrer sensitiven Informationen kann für die Nutzung von Public-Cloud-Technologien keine Benutzerakzeptanz ausgewiesen werden. Die Ursachen dafür erwachsen aus dem inhärenten Strukturkonzept verteilter, begrenzter Verantwortlichkeiten und einem fehlenden Cloud-Anwender-Vertrauen. Die vorliegende Arbeit verfolgt ein Cloud-Anwender orientiertes Vorgehen zur Durchsetzung regelnder Policy-Konzepte, kombiniert mit einem holistischen Ansatz zur Herstellung einer durchgehenden Vertrauensbasis. Der Aspekt Vertrauen erhält eine eigenständige Konzeptualisierung und wird zu einem Cloud-Anwender-Instrument für die Gestaltung vertrauenswürdiger infrastruktureller Eigenschaften entwickelt. Jede weitere Form einer Policy entwickelt ihren verbindlichen regulierenden Wert erst durch eine unlösliche Verbindung mit den hier vorgelegten Konzepten vertrauenswürdiger Entitäten. Ein ontologisch formalisierter Beschreibungsansatz vollzieht die für eine Regulierung notwendige Konzeptualisierung einer domänenspezifischen IT-Architektur und qualifizierender Sicherheitseigenschaften. Eigenständige Konzeptklassen für die Regulierung liefern den Beschreibungsrahmen zur Ableitung integrierter Trust-Policies. Darauf aufbauende Domänenmodelle repräsentieren eine vom Cloud-Anwender definierte Erwartung in Bezug auf ein reguliertes Cloud-Architektur-Design und reflektieren die reale Welt auf Grundlage vertrauenswürdiger Fakten. Vertrauen quantifiziert sich im Ergebnis logischer Schlussfolgerungen und ist Ausdruck zugesicherter Cloud-Sicherheitseigenschaften und geregelter Verhaltensformen.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Forschungsfragen 1.3 Zielstellung 1.4 Vorgehensweise 2 Problembeschreibung 2.1 Public Cloud, Strukturerweiterung einer Organisation 2.1.1 Kopplung im sozialen Kontext 2.1.2 Strukturelle Kopplung im Cloud-Kontext 2.2 Regelungen: strukturbildende Elemente von Organisationen 2.2.1 Regelungen im sozialenKontext 2.2.1.1 Rechtliche Regelungen 2.2.1.2 Nichtrechtliche Regelungen 2.2.1.3 Regelungen in Organisationen 2.2.2 Regelungen im Cloud-Kontext 2.3 Erwartungen und Unbestimmtheit von Handlungen 2.3.1 Erwartungen im sozialenKontext 2.3.2 Erwartungen im Cloud-Kontext 2.4 Konformität, Abbildung von Regelungen 2.4.1 Konformität im sozialenKontext 2.4.2 Konformität im Cloud-Kontext 2.5 Thesen 3 Analyse 3.1 Anforderungen 3.1.1 Infrastrukturschicht 3.1.1.1 Hardwarebasierte Geo-Lokalisierung 3.1.1.2 Virtual Machine Monitor 3.1.1.3 Netzwerksicherheit 3.1.2 Plattform-/Laufzeitschicht 3.1.2.1 Virtualisierungstechnologie 3.1.2.2 OS-Sicherheitsmodell 3.1.2.3 Datensicherheit der Laufzeitschicht 3.1.3 Anwendungs-/Serviceschicht 3.1.3.1 Anwendungssicherheit 3.1.3.2 Prozesssicherheit 3.1.3.3 Datensicherheit der Anwendungsschicht 3.1.4 Verwaltung/Betrieb 3.1.5 Compliance 3.1.5.1 Governance 3.1.5.2 Klassifizierte Informationen 3.1.5.3 Datenschutz 3.1.6 Zusammenfassung der Regulierungsziele 3.2 Anwendungsfälle einer Multi-User-Cloud-Umgebung 3.2.1 TCG-Konzepte und Definitionen 3.2.2 UC-Aufbau einer Vertrauensbasis 3.2.3 UC-Aufbau einer vertrauenswürdigen Kooperationsbasis 3.2.4 UC-kooperative Provisionierung 3.2.5 UC-Änderungen von Regeln innerhalb einer kooperativen Domäne 3.2.6 Abgeleitete Anwendungsfälle aus TCG-Richtlinien 3.3 State-of-the-Art-Betrachtung 3.3.1 Thema:Regulierungsziele 3.3.1.1 Pattern-based Runtime Management of Composite Cloud Applications 3.3.1.2 Unifying Compliance Requirements across Business and IT 3.3.2 Thema:Digitale Regelkonzepte 3.3.2.1 Policy-Aware Provisioning of Cloud Applications 3.3.2.2 Policy-Aware Provisioning and Management of Cloud Applications 3.3.3 Thema:Vertrauenskonzepte 3.3.3.1 Secure Enclaves for REactive Cloud Applications 3.3.3.2 Enforcing-Security-and-Assurance-Properties-in-Cloud-Environment 3.3.4 Thema:Technische Standards 3.3.4.1 WebServicesPolicy1.5 – Framework-Current 3.3.4.2 WS-SecurityPolicy1.3 3.3.4.3 WS-Trust 3.3.4.4 Web Services Security: SOAP Message Security 1.1 3.3.5 Thema:Sprachkonzepte 3.3.5.1 Using Ontologies to Analyze Compliance Requirements of Cloud-BasedProcesses 3.3.5.2 Policy Language for a Pervasive Computing Environment 3.4 Zusammenfassung und Abgrenzungsbeschreibung 4 Konzeption 4.1 Ontologie-Konzept 4.1.1 Strukturentwurf Ontologie 4.1.2 Ziele der ontologischen Konzeptualisierung 4.1.3 Ontologie Regulierung 4.1.3.1 Haupthierachie Regulation-Ontology 4.1.3.2 Konzeptklasse Action 4.1.3.3 Konzeptklasse Constraint 4.1.3.4 Konzeptklasse Rule 4.1.3.5 Konzeptklasse Policy 4.1.3.6 Konzeptklasse State 4.1.3.7 Konzeptklasse Transformation 4.1.4 Ontologie Cloud-Domain 4.1.4.1 Konzeptklasse CloudDomain 4.1.4.2 Konzeptklasse Entity 4.1.4.3 Konzeptklasse Subject 4.1.4.4 Konzeptklasse ArchitecturalLayer 4.1.4.5 Konzeptklasse Object 4.1.4.6 Konzeptklasse Part 4.1.4.7 Konzeptklasse Connection 4.1.4.8 Konzeptklasse CloudService 4.1.5 Ontologie Security 4.1.5.1 Konzept einer vertrauensbildenden Sicherheitsstrategie 4.1.5.2 Konzeptklasse Asset 4.1.5.3 Konzeptklasse PropertySecurity 4.1.5.4 Konzeptklasse SecurityFunction 4.1.5.5 Konzeptklasse SecurityRequirement 4.1.5.6 Konzeptklasse Identity 4.1.5.7 Konzeptklasse Credential 4.1.5.8 Konzeptklasse SecurityModel (Sicherheitsmodell) 4.2 Konzept zur Herausbildung von Vertrauen (Trust) 4.2.1 Konzept einer vertrauenswürdigen Entität 4.2.2 Konzept einer Authority 4.2.2.1 Zusicherung von Entity-Eigenschaften 4.2.2.2 Entitäten innerhalb einer Authority-Hierarchie 4.2.2.3 Entitäten und externe Authority 4.2.3 Konzept einer Policy zur Entwicklung von Vertrauen 4.2.3.1 Spezialisierung der Trust-Policy 4.2.3.2 QualityProperty – Gegenstand der Vertrauenspolitik 4.3 Trust-Establishment-Protokoll 4.3.1 Datenmodell 4.3.1.1 Verhaltensorientierte Artefakte 4.3.1.2 Kryptographische Artefakte 4.3.1.3 Protokollspezifische Artefakte 4.3.2 Horizontale Etablierung von Vertrauen (Establishment of Trust) 4.3.2.1 Phase1: Auswahl einer Cloud-Plattform 4.3.2.2 Phase2: Erweiterung der Vertrauensgrundlage auf Cloud-Anbieter-Seite 4.3.3 Vertikale Etablierung von Vertrauen (Delegation of Trust) 4.3.3.1 Registrierung von Policy-Entitäten 4.3.3.2 Registrierung von Domänen-Entitäten 4.3.3.3 Ableitung vertrauenswürdiger Entitäten 4.3.3.4 Ableitung vertrauenswürdiger Eigenschaften und Aktivitäten 4.4 Zusammenfassung 5 Validierung 5.1 Referenzarchitektur – TrustedCloud 5.1.1 Komponentenbeschreibung – IT-Plattform 5.1.2 Komponentenbeschreibung – Laufzeitumgebung 5.1.3 Komponentenbeschreibung – Integrierte Systeme 5.1.4 ExterneSysteme – Key & CA Service 5.1.4.1 Bezeichnungen und Namespaces 5.1.4.2 TE-Zustandsmodell 5.1.4.3 Policy-Zonen und Policy-Anwendungsraum 5.2 Trust-Policies und Transformation 5.2.1 Szenario (1) – Bereitstellung Virtual Machine Monitor KVM 5.2.1.1 Domain-Spezifikation–KVM-Komponente 5.2.1.2 Regulation-Spezifikation – KVM-Deployment-Policy 5.2.1.3 Prüfung der KVM-Authentizität 5.2.1.4 Zusicherung von KVM-Identitätseigenschaften 5.2.1.5 Transformation – KVM-Trust-Rule 5.2.1.6 Transformation – KVM-Deployment-Rule 5.2.2 Szenario (2) – Bereitstellung Virtualisiertes Betriebssystem 5.2.2.1 Domain-Spezifikation–Virtual-OS 5.2.2.2 Regulation-Spezifikation – Virtual-OS-Deployment-Policy 5.2.2.3 Prüfung der TE-Authentizität 5.2.2.4 Policy-Zone einrichten – Z_RUNTIME.DB 5.2.2.5 Vertrauenskette prüfen – ChainofTrust 5.2.3 Szenario (3) – Bereitstellung Datenbanksystem (DBS) 5.2.3.1 Domain-Spezifikation – Datenbanksystem 5.2.3.2 Regulation-Spezifikation – DBS-Deployment-Policy 5.2.3.3 Prüfung der DBS-Authentizität 5.2.3.4 Transformation – DBS-Trust-Rule 5.2.3.5 Transformation – DBS-Deployment-Rule 5.2.4 Szenario(4) – ExterneDBS-Zugangssteuerung 5.2.4.1 Domain-Spezifikation – User-to-DB Connection 5.2.4.2 Regulation-Spezifikation – DBS-Connection-Policy 5.2.4.3 Prüfung der DBS-Endpunkt-Authentizität 5.2.4.4 Absicherung der DBS-Verbindung – Verschlüsselung 5.2.4.5 Transformation 5.3 Attestierung – Vertrauenswürdigkeit 5.3.1 Dynamische Methoden der Konzeptklasse State 5.3.2 Kategorien für Niveaubestimmung von Vertrauenswürdigkeit 5.3.3 Semantische Rules für Niveaubestimmung 5.3.3.1 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit HOCH 5.3.3.2 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit MITTEL 5.3.3.3 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit GERING 5.3.3.4 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit UNBESTIMMT 5.4 Gegenüberstellung der Szenarien mit den Zielstellungen 5.5 Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den Kernfragen 5.6 Zusammenfassung der Validieren 6 Zusammenfassung – Ausblick 6.1 Zusammenfassung der Arbeit 6.2 Ausblick und abgeleitete Themen Abkürzungsverzeichnis I State-of-the-Art – Kategorien II Hardwareunterstützte Sicherheit für eine IT-Plattform II.1 TrustedPlatformModule II.2 TechnologiefürIT-Plattformsicherheit II.3 Konzept einer hardwarebasierten Vertrauenspolitik II.3.1 Sichere Mikroarchitektur II.3.2 Messung statischer Systemeigenschaften II.4 Kontrollierter Systemstart II.4.1 Identifizierbarer Plattform-Eigentümer II.4.2 Versiegeln von Systemwerten(Sealing) II.5 Konzept der Attestierung II.5.1 Attestierungs-Schlüssel II.5.2 Zertifizierung des Attestierungs-Identifikationsschlüssels II.5.3 Attestierungs-Modul II.5.4 Attestierungs-Service II.5.5 HardwarebasierteGeo-Lokalisierung III Übersicht der Anforderungen III.1 Anforderungen an die Cloud-Infrastruktur-Plattform-Ebene III.2 Anforderungen an die Cloud-Laufzeitebene III.3 Anforderungen an die Cloud-Service-Ebene III.4 Anforderungen an operatives Management III.5 Anforderungen an Cloud-Anwender-Nutzungsebene IV Spezifikation Ontologi

Sicheres Cloud Computing in der Praxis: Identifikation relevanter Kriterien zur Evaluierung der Praxistauglichkeit von Technologieansätzen im Cloud Computing Umfeld mit dem Fokus auf Datenschutz und Datensicherheit

In dieser Dissertation werden verschiedene Anforderungen an sicheres Cloud Computing untersucht. Insbesondere geht es dabei um die Analyse bestehender Forschungs- und Lösungsansätze zum Schutz von Daten und Prozessen in Cloud-Umgebungen und um die Bewertung ihrer Praxistauglichkeit. Die Basis für die Vergleichbarkeit stellen spezifizierte Kriterien dar, nach denen die untersuchten Technologien bewertet werden. Hauptziel dieser Arbeit ist zu zeigen, auf welche Weise technische Forschungsansätze verglichen werden können, um auf dieser Grundlage eine Bewertung ihrer Eignung in der Praxis zu ermöglichen. Hierzu werden zunächst relevante Teilbereiche der Cloud Computing Sicherheit aufgezeigt, deren Lösungsstrategien im Kontext der Arbeit diskutiert und State-of-the-Art Methoden evaluiert. Die Aussage zur Praxistauglichkeit ergibt sich dabei aus dem Verhältnis des potenziellen Nutzens zu den damit verbundene erwartenden Kosten. Der potenzielle Nutzen ist dabei als Zusammenführung der gebotenen Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Funktionalität der untersuchten Technologie definiert. Zur objektiven Bewertung setzten sich diese drei Größen aus spezifizierten Kriterien zusammen, deren Informationen direkt aus den untersuchten Forschungsarbeiten stammen. Die zu erwartenden Kosten ergeben sich aus Kostenschlüsseln für Technologie, Betrieb und Entwicklung. In dieser Arbeit sollen die zugleich spezifizierten Evaluierungskriterien sowie die Konstellation der obig eingeführten Begriffe ausführlich erläutert und bewertet werden. Für die bessere Abschätzung der Eignung in der Praxis wird in der Arbeit eine angepasste SWOT-Analyse für die identifizierten relevanten Teilbereiche durchgeführt. Neben der Definition der Praktikabilitätsaussage, stellt dies die zweite Innovation dieser Arbeit dar. Das konkrete Ziel dieser Analyse ist es, die Vergleichbarkeit zwischen den Teilbereichen zu erhöhen und so die Strategieplanung zur Entwicklung sicherer Cloud Computing Lösungen zu verbessern