Patzina, Sven (2014)
Entwicklung einer Spezifikationssprache zur modellbasierten Generierung von Security-/Safety-Monitoren zur Absicherung von (Eingebetteten) Systemen.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Getrieben durch technische Innovationen gewinnt die Kommunikation zwischen eingebetteten Systemen immer mehr an Bedeutung. So kommunizieren heutzutage nicht nur PCs über lokale Netzwerke oder das Internet, sondern auch mobile Geräte wie Smartphones und Tablets erobern den Markt. Diese bieten aufgrund ihrer geringeren Rechenleistung neue Angriffsflächen, da Sicherungsmaßnahmen der PC-Domäne nicht ohne Anpassung anwendbar sind. Durch die Vernetzung dieser mobilen Geräte mit Fahrzeugen und die Anbindung der Fahrzeuge an externe Dienstleistungen sind selbst eingebettete Systeme im Fahrzeug, die sicherheitskritische Aufgaben erfüllen, nicht mehr vollständig von der Außenwelt abgeschirmt. Bei ihrer Entwicklung wurde jedoch wenig Aufmerksamkeit auf Sicherheitsmechanismen, wie Verschlüsselung und sicheres Komponentendesign, zur Abwehr von Angriffen aus der Außenwelt gelegt. Solche Fahrzeuge sind hierdurch von außen für aktive und passive Angriffe anfällig. Selbst wenn bei einer Neuentwicklung eines eingebetteten Systems großer Wert auf die Absicherung gelegt wird, ist es meist nicht möglich, alle Sicherheitslücken zu eliminieren und jeden möglichen Angriff vorherzusehen. Betrachtet man komplexe heterogene Systeme oder Komponenten und will diese nachträglich absichern, ist dies meistens ökonomisch oder technisch nicht zu realisieren. Resultierend daraus kann bei keinem System davon ausgegangen werden, dass es sicher ist -- sei es durch unbekannte Schwachstellen oder der Verwendung von Legacy-Komponenten. Um Systeme dennoch gegen Angriffe, die vorher unbekannte Fehler und Sicherheitslücken ausnutzen, absichern zu können, hat sich die Überwachung eines Systems während der Laufzeit als geeignet herausgestellt.

Eine solche Absicherung wird durch den in dieser Dissertationsschrift und in [Pat14] vorgestellten verständlichen Model Based Security/Safety Monitor-Entwicklungsprozess (MBSecMon-Entwicklungsprozess) erreicht, der sich in bestehende modellbasierte Systementwicklungsprozesse nahtlos eingliedert. Dieser MBSecMon-Entwicklungsprozess generiert aus einer in der Anforderungsphase entstandenen Spezifikation automatisch effiziente Sicherheitsmonitore für hoch nebenläufige Kommunikationen.

Diese Arbeit betrachtet zwei Schritte dieses Entwicklungsprozesses. Der erste Teil der Arbeit stellt eine neue auf dem szenariobasierten Design aufbauende graphische, modellbasierte Signaturbeschreibungssprache vor - die MBSecMon-Spezifikationssprache. Diese Sprache vereinigt die Vorteile bestehender Formalismen, indem sie (1) alle wichtigen Konzepte zur Modellierung von verhaltensbeschreibenden Signaturen für hoch nebenläufige Kommunikationsabläufe unterstützt und diese kompakt repräsentieren kann. Sie bezieht (2) bestehende Entwicklungsartefakte des Systementwicklungsprozesses in die Modellierung ein, (3) befindet sich auf einer höheren Abstraktionsebene als üblicherweise zur Spezifikation eingesetzte Sprachen und unterscheidet explizit zwischen Normalverhalten und bekannten Angriffsmustern und -klassen. Durch diese Unterscheidung und durch Nähe der Sprache zur UML wird (4) eine hohe Verständlichkeit der Spezifikation sowohl für den Softwaretechniker als auch für Nicht-Experten erreicht.

Den zweiten Teil dieser Arbeit bildet die Abbildung der sehr kompakten in der MBSecMon-Spezifikationssprache verfassten Spezifikationen in die formale Zwischensprache Monitor-Petrinetze [Pat14]. Hierdurch wird zum einen die Semantik der MBSecMon-Spezifikationssprache formalisiert und zum anderen der im MBSecMon-Entwicklungsprozess eingesetzte automatische Übergang in eine für die Generierung effizienter Monitore besser geeignete Repräsentation realisiert.

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