title: Security Analysis of System Behaviour - From "Security by Design" to "Security at Runtime" -
title: Sicherheitsanalyse von Systemverhalten - vom Systementwurf bis zur Laufzeit
Creators: name: Rieke, Roland
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2015
Subjects: simulation
Sicherheitsanalyse
Informatik
Monitoring
predictive security analysis
Bedrohungsanalyse
Sicherheitsstatus überwachen
security monitoring
Modellierung
prädiktive Sicherheitsanalyse
Simulation
compliance monitoring
modelling
threats analysis

description: Das Internet bietet heute das
      Umfeld für neue Anwendungen und Prozesse, die sich weit über
      den im Voraus geplanten Zweck entwickeln können. Die
      Komplexität der Sicherheitsanalyse wächst mit der Erhöhung
      der Funktionalität, Konnektivität und Dynamik der
      betrachteten Systeme. Die Verwendung von Modellen ist
      mittlerweile etabliert, um die Komplexität der
      Sicherheitsanalyse zu bewältigen. Modellbasierte Methoden für
      den Entwurf sicherer System werden jedoch nicht nur während
      der Entwicklung von Systemen benötigt. Wie diese Arbeit
      zeigt, können Modelle auch während der Laufzeit helfen,
      sicherheitskritische Situationen zu erkennen und zu bewerten.
      Diese kumulative Dissertation umfasst drei wichtige Beiträge
      zur Modellierungsmethodik. Zum einen wird ein modellbasiertes
      Konzept vorgestellt, um Sicherheitseigenschaften von Systemen
      zu verifizieren und so Fehler in der Entwurfsphase zu
      vermeiden bzw. beim Redesign zu entfernen. Darüber hinaus
      werden Konstruktionsprinzipien vorgestellt, die beim Entwurf
      skalierbarer Systeme sicherstellen, dass die
      Sicherheitseigenschaften eines Systems bei der Erweiterung um
      gleichartige Komponenten erhalten bleiben. Das zweite Thema
      ist die Analyse der Sicherheitslücken in den
      Software-Komponenten vernetzter Systeme bezüglich der
      Exposition für interne oder externe Bedrohungen. Diese Art
      der Fehlervorhersage ermöglicht die Bewertung von
      alternativen Systemkonfigurationen und
      Sicherheitsrichtlinien. Der Einsatz von validierten
      Sicherheitsrichtlinien soll die Angriffsfläche minimieren,
      die Fehlertoleranz verbessern und Auswirkungen erfolgreicher
      Angriffe abschwächen. Das dritte Thema ist die Erweiterung
      der Methoden, um die Anwendbarkeit zur Laufzeit. Ein
      Beobachtungssystem überwacht einen Ereignisstrom aus dem
      beobachteten System mit dem Ziel, Fehler - in Form von
      Abweichungen vom festgelegten Verhalten oder Verstöße gegen
      Sicherheitsanforderungen - zur Laufzeit zu erkennen. Darüber
      hinaus wird das Wissen über das erwartete Verhalten, das
      durch ein ausführbares Modell spezifiziert wird, verwendet,
      um Fehler in der nahen Zukunft vorherzusagen. Darauf
      aufbauend wird eine Strategie für ein ganzheitliches
      Sicherheitsmanagement vorgeschlagen. Die Architektur des
      Beobachtungssystems wird beschrieben und die Anwendbarkeit
      der modellbasierten Sicherheitsanalyse zur Laufzeit wird
      anhand von Prozessen aus mehreren Industrieszenarien
      demonstriert. Die Ergebnisse dieser kumulativen Dissertation
      wurden in 19 ausgewählten Forschungsarbeiten (peer-reviewed)
      veröffentlicht.
description: The Internet today provides the
      environment for novel applications and processes which may
      evolve way beyond pre-planned scope and purpose. Security
      analysis is growing in complexity with the increase in
      functionality, connectivity, and dynamics of current
      electronic business processes. Technical processes within
      critical infrastructures also have to cope with these
      developments. To tackle the complexity of the security
      analysis, the application of models is becoming standard
      practice. However, model-based support for security analysis
      is not only needed in pre-operational phases but also during
      process execution, in order to provide situational security
      awareness at runtime. This cumulative thesis provides three
      major contributions to modelling methodology. Firstly, this
      thesis provides an approach for model-based analysis and
      verification of security and safety properties in order to
      support fault prevention and fault removal in system design
      or redesign. Furthermore, some construction principles for
      the design of well-behaved scalable systems are given. The
      second topic is the analysis of the exposition of
      vulnerabilities in the software components of networked
      systems to exploitation by internal or external threats. This
      kind of fault forecasting allows the security assessment of
      alternative system configurations and security policies.
      Validation and deployment of security policies that minimise
      the attack surface can now improve fault tolerance and
      mitigate the impact of successful attacks. Thirdly, the
      approach is extended to runtime applicability. An observing
      system monitors an event stream from the observed system with
      the aim to detect faults - deviations from the specified
      behaviour or security compliance violations - at runtime.
      Furthermore, knowledge about the expected behaviour given by
      an operational model is used to predict faults in the near
      future. Building on this, a holistic security management
      strategy is proposed. The architecture of the observing
      system is described and the applicability of model-based
      security analysis at runtime is demonstrated utilising
      processes from several industrial scenarios. The results of
      this cumulative thesis are provided by 19 selected
      peer-reviewed papers.