Luận án tiến sĩ về phân tích bảo mật tự động cho chính sách ủy quyền phức tạp

Luận án tiến sĩ phân tích efficient automated security analysis of complex authorization policies, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp tri thức mới cho ngành.

Trường đại học

University of Trento

Chuyên ngành

Information and Communication Technologies

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

dissertation

2015

200
2
0

Phí lưu trữ

45 Point

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Trong bối cảnh hiện nay, bảo mật tự động trở thành một yếu tố quan trọng trong việc quản lý chính sách ủy quyền phức tạp. Phân tích bảo mật là một công cụ cần thiết để đảm bảo rằng các chính sách ủy quyền đáp ứng các yêu cầu an ninh mà không làm giảm hiệu suất của hệ thống. Chính sách ủy quyền phức tạp thường dẫn đến những thách thức trong việc đảm bảo an toàn thông tin, do đó, việc phát triển các kỹ thuật phân tích tự động là rất cần thiết. Các nhà thiết kế chính sách cần phải hiểu rõ các chính sách này và đảm bảo rằng chúng đáp ứng các ràng buộc an ninh mong muốn trong khi vẫn đáp ứng nhu cầu phát triển của hệ thống và ứng dụng.

1.1 Tầm quan trọng của phân tích bảo mật

Phân tích bảo mật đóng vai trò quan trọng trong việc phát hiện các lỗ hổng an ninh có thể xảy ra trong chính sách ủy quyền. Việc thực hiện phân tích này giúp các nhà quản lý có thể dự đoán và ngăn chặn các vi phạm an ninh trước khi chúng xảy ra. Ví dụ, một trong những vấn đề chính trong quản lý quyền truy cập là đảm bảo rằng các hành động quản trị không dẫn đến việc người dùng không đáng tin cậy có thể truy cập vào các quyền nhạy cảm. Do đó, việc phát triển các phương pháp phân tích tự động có thể giúp giảm thiểu rủi ro này bằng cách xác định các hành động quản trị có thể gây ra sự không an toàn trong hệ thống.

II. Các kỹ thuật phân tích bảo mật

Các kỹ thuật phân tích bảo mật hiện có được chia thành nhiều loại khác nhau, trong đó có phân tích rủi ro bảo mậtkiểm tra mô hình. Những kỹ thuật này giúp xác định các vấn đề an ninh tiềm ẩn trong chính sách ủy quyền phức tạp. Một trong những kỹ thuật nổi bật là kiểm tra mô hình, cho phép đánh giá tính đúng đắn của các chính sách ủy quyền bằng cách mô hình hóa các trạng thái và hành động của hệ thống. Việc áp dụng công nghệ bảo mật tiên tiến giúp cải thiện khả năng phát hiện và xử lý các lỗ hổng an ninh.

2.1 Kiểm tra mô hình

Kiểm tra mô hình là một phương pháp mạnh mẽ để phân tích các chính sách ủy quyền. Nó cho phép xác định xem có tồn tại các hành động mà có thể dẫn đến việc vi phạm các ràng buộc an ninh hay không. Phương pháp này sử dụng các lý thuyết về tính khả thi để mô hình hóa các hành động và trạng thái của hệ thống, từ đó xác định các điểm yếu có thể xảy ra. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc áp dụng kiểm tra mô hình có thể giúp phát hiện các vấn đề an ninh trong các chính sách như Administrative RBACTemporal RBAC, từ đó cải thiện khả năng bảo mật tổng thể của hệ thống.

III. Ứng dụng thực tiễn của phân tích bảo mật

Việc áp dụng các kỹ thuật bảo mật tự động vào thực tiễn đã chứng minh được giá trị của nó trong việc bảo vệ thông tin nhạy cảm. Các tổ chức có thể sử dụng các công cụ phân tích này để kiểm tra và đánh giá các chính sách bảo mật của họ, từ đó đảm bảo rằng các biện pháp an ninh đang được thực hiện hiệu quả. Ngoài ra, việc thực hiện phân tích tự động cũng giúp giảm thiểu chi phí và thời gian cần thiết để quản lý các chính sách ủy quyền phức tạp.

3.1 Tác động đến quản lý an ninh thông tin

Các kỹ thuật phân tích bảo mật không chỉ giúp phát hiện các vấn đề an ninh mà còn cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức mà các chính sách có thể được cải thiện. Việc áp dụng các phương pháp này giúp các tổ chức có thể điều chỉnh các chính sách của họ để đáp ứng tốt hơn với các yêu cầu an ninh đang thay đổi. Hơn nữa, các công nghệ mới như công nghệ bảo mậtphân tích rủi ro có thể được tích hợp vào quy trình quản lý an ninh, tạo ra một môi trường an toàn hơn cho thông tin nhạy cảm.

11/01/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

PhD Dissertation International Doctorate School in Information and Communication Technologies DISI - University of Trento Efficient Automated Security Analysis of Complex Authorization Policies Anh Tuan Truong Advisors: Dr. Silvio Ranise and Prof. Alessandro Armando Security and Trust Unit, FBK-Irst, Trento, Italia March 2015 Committee Members: Professor Pierangela Samarati Department of Computer Science, University of Milano, Italia pierangela.it Professor Luca Viganò Department of Informatics, King’s College London, United Kingdom luca.uk Professor Armando Tacchella DIBRIS Department, University of Genoa, Italia armando.it Abstract Access Control is becoming increasingly important for today’s ubiqui- tous systems. Sophisticated security requirements need to be ensured by authorization policies for increasingly complex and large applications.

As a consequence, designers need to understand such policies and ensure that they meet the desired security constraints while administrators must also maintain them so as to comply with the evolving needs of systems and appli- cations. These tasks are greatly complicated by the expressiveness and the dimensions of the authorization policies. It is thus necessary to provide pol- icy designers and administrators with automated analysis techniques that are capable to foresee if, and under what conditions, security properties may be violated. For example, some analysis techniques have already been proposed in the literature for Role-Based Access Control (RBAC) policies.

RBAC is a security model for access control that has been widely adopted in real-world applications. Although RBAC simplifies the design and manage- ment of policies, modifications of RBAC policies in complex organizations are difficult and error prone activities due to the limited expressiveness of the basic RBAC model. For this reason, RBAC has been extended in sev- eral directions to accommodate various needs arising in the real world such as Administrative RBAC (ARBAC) and Temporal RBAC (TRBAC). This Dissertation presents our research efforts to find the best trade-off between scalability and expressiveness for the design and benchmarking of analysis techniques for authorization policies.

We review the state-of-the- art of automated analysis for authorization policies, identify limitations of available techniques and then describe our approach that is based on re- cently developed symbolic model checking techniques based on Satisfiability Modulo Theories (SMT) solving (for expressiveness) and carefully tuned heuristics (for scalability). Particularly, we present the implementation of the techniques on the automated analysis of ARBAC and ATRBAC policies and discuss extensive experiments that show that the proposed approach is superior to other state-of-the-art analysis techniques. Finally, we discuss directions for extensions. Keywords Access Control, Administration, Temporal Access Control, Automated Analysis, Safety Analysis, Security Analysis Problems, Model checking, Heuristics to Avoid the State Space Explosion Problems.

6 Acknowledgment Many other people contribute to this Dissertation. First of all, I would like to express my special appreciation and thanks to my beloved advisors: Dr. Silvio Ranise and Professor Alessandro Armando, for everything you have done to me. Indeed, words cannot express enough how much thanks I want to send to you.

I cannot imagine what my PhD research would has been without your encouragement, support, advice, and patience. Honestly, I was very lucky to meet and do research under your supervision. I would also like to thank Professor Pierangela Samarati, Professor Luca Viganò, and Professor Armando Tacchella, for your acceptance to be my PhD Committee members. I really appreciate brilliant comments and great encouragement you gave me during the defense.

Also, I want to thank you for letting my defense be an enjoyable discussion and one of the happiest moments in my life. The good results in this Dissertation cannot be obtained without great support from all my colleagues at the Security & Trust unit, Fondazione Bruno Kessler (FBK): Roberto, Clara, Laura, Riccardo, Annibale, Luca, Eliana, Matteo, Hari, Alessio, Avinash, Nadia, Daniel, Giada, Mojtaba, Stanislav, Federico, Eyasu, Harendra, Fatih and many former members of the unit. Thank you all for creating the motivating working environment and friendly community at the unit. One of the main contributions of this Dissertation has been made during my visit to King’s College London, United Kingdom and joint work with Professor Luca Viganò.

Thank you for your guidance, valuable advice, and friendliness. I also want to thank Davide Guardini and Michele Peroli for making my stay at the UK enjoyable. I also want to thank a lot of wonderful friends from Vietnam and other countries around the world (I cannot mention all of them here !). We had a lot of parties, discussion, and travel together.

These make me feel happy and balance my work and life. Lastly, this Dissertation is dedicated to my family: my grandfathers, grandmothers, my father, mother, sisters and brothers. Words cannot ex- press how grateful I am to you all. Thank you for your trust in me, your prayer for my life, and your time whenever I need.

Thank you All very much, Anh Tuan Truong Trento, March 2015.2 The Structure of this Dissertation. 7 2 RBAC and its Extensions 9 2.1 Role-Based Access Control .2 An Extension: Administrative RBAC .3 Security Analysis of Authorization Policies. 14 3 The Problem: Security Analysis of Access Control Policies 17 3.1 State of the Art .1 Security Analysis of ARBAC .2 Security Analysis of Temporal RBAC. 24 I Security Analysis of ARBAC Policies 29 4 Our Techniques for Security Analysis of ARBAC Policies 31 4.2 User-Role Reachability Problem .3 Reachability of a Class of Symbolic Transition Systems .1 Symbolic Transition System .2 Symbolic Backward Reachability Procedure .4 Solving User-Role Rechability Problems .1 Symbolic Representation of Security Problems .2 Solving the Problem.

43 5 ASASPXL: An Implementation of Our Techniques for AR- BAC 47 5.2 Model Checking Modulo Theories and ARBAC Policies .3 MCMT’s new Clothes for Analysing ARBAC Policies .1 Useful Administrative Operations .2 Reducing the Number of Invocations to the Model Checker .3 Reusing Previously Visited States .4 Putting Things Together .1 Adaptation to Non-separate Administration Assump- tion .2 Forward Useful Actions .3 Ordering Administrative Actions .6 Discussion on the Analysis of ARBAC Policies .1 Brief Summary on VAC’s Slicer .2 Where VAC’s Slicer cannot be Used. 87 ii 6 Incremental Analysis of Evolving ARBAC Policies 89 6.2 Overview of Related Approaches .3 Incremental Analysis of Evolving ARBAC Policies .1 iBR and Filter .4 Implementation and Experiments. 105 II Security Analysis of ATRBAC Policies 107 7 Our Techniques for Security Analysis of ATRBAC Policies109 7.2 Temporal RBAC Policies and Administration .3 Solving Reachability Problems for ATRBAC Systems .4 Technique and Experiment .1 Implementation and Evaluation .1 Timed Reachability Problems .2 Three Sub-classes of ATRBAC Systems. 145 8 User-Role Reachability Problem in Policies with Temporal Hierachies 147 8.2 Access Control Schemes .3 Administrative Temporal RBAC .4 Security Mappings from ATRBACH .1 τH2F : a Temporalized Version of σH2F .3 τH2M : Multi-target Mapping .5 Implementation and Experiments.

169 9 Conclusions and Extensions 171 9. 173 Bibliography 175 iv List of Tables 5.1 Experimental results on the “complex” benchmarks in [30] 77 5.2 Experimental results on the Bank Dresden case study in [30] 78 5.3 Experimental results on the benchmarks in [19] (1) .4 Experimental results on the benchmarks in [19] (2) .5 Experimental results on the benchmarks in [65] .6 Experimental results on test cases with |Ca | > 1 .7 Experimental results when turning off heuristics in Section 5.1 Values of parameters in the experiments .2 Results on benchmark class (c) .3 Results on benchmark class (d ). 145 v List of Figures 2.1 User and Permission Assignments; and Role Hierarchies .2 The combination of actions .1 Characteristics of the 6 benchmark sets .2 Comparison of our approach with that of [23, 25] on the six benchmark sets .2 Symbolic representation of reachability problems for ATR- BAC systems (1) .3 Symbolic representation of reachability problems for ATR- BAC systems (2) .4 Our technique for solving reachability problems of ATRBAC systems .5 Results on benchmark class (a) .6 Results on benchmark class (b) .1 Results on benchmarks from [48] extended with randomly generated temporal role hierarchies .2 Behavior for increasing the depth of TRH. 168 vii Chapter 1 Introduction Modern information systems hold sensitive information, which unautho- rized users want to access in order to steal it.

The most important mecha- nism to prevent this is Access Control [17] which is thus becoming increas- ingly important for today ubiquitous systems. In general, access control policies protect the resources of the systems by controlling who has per- mission to access what objects/resources. The administration of access control policies is key to the security of many IT systems that need to evolve in rapidly changing environments and dynamically finding the best trade-off among a variety of needs. Per- missions to perform administrative actions must be restricted since security officers can only be partially trusted.

For example, a project manager can only assign works to employees managed by him. In fact, some of them may collude to, inadvertently or maliciously, modify the policies so that untrusted users can get sensitive permissions. Taking into consideration the effect of all possible sequences of administrative actions is a difficult, or even an impossible task for manual inspection. Thus, push-button analysis techniques are needed to identify safety issues, i.

administrative actions generating policies by which a user can acquire permissions that may com- promise some security goals. This is known as the safety problem [27], 1 CHAPTER 1. INTRODUCTION which amounts to establish whether there exists a (finite) sequence of ad- ministrative actions, selected from a set of available ones, that applied to a given initial policy, yield a policy in which a user gets a certain per- mission. Several important policy analysis problems can be reduced to safety problems, e., deciding if the set of users having a given permission is a sub-set of that having another permission (containment), computing the minimal sets of permissions that a user should have so as to make another policy reachable by means of a finite sequence of administrative actions (weakest preconditions), and others (see, e.

This makes automated techniques capable of solving safety problems even more valu- able to understand the subtle interplay among the actions performed by several administrators. In general, the safety problem is undecidable [28]. A first step towards the development of automated techniques is to identify classes of policies for which the safety problem is decidable. Several such techniques have been proposed for administrative models of Role-Based Access Control (RBAC) policies [53].

This is so because RBAC is one of the most widely adopted access control models in the real world. The reason for this is the fact that the notion of role allows for simplifying policy management by decomposing user-permission assignment into user-role and role-permission assignments. For example, a new employee joining an organization is as- signed to a role and this is sufficient for him/her to automatically acquire all the permissions associated to that role. Similarly, when someone is pro- moted or demoted, it is sufficient to update the roles with which he/she is associated to make available the permissions required by the new position.

The role-permission assignment rarely changes since this implies a change in the organization. These observations lead researchers to study safety problems for Administrative RBAC (ARBAC) models—the most impor- tant one is the URA97 model [52]—in which administrative actions can 2 CHAPTER 1. CONTRIBUTIONS only update the user-role assignment relation (see, e., Chapter 5, 6 for an overview). Additionally, in order to enhance the security and flexibility of the sys- tem, access control models have been extended in several dimensions in which authorizations depend also on contextual information, such as time, that are widely used in real-world applications.

For instance, two tem- poral extensions of RBAC are reported in [14, 36]. These models impose temporal constraints on roles being enabled or for them to be assigned to users. In these models, the executability of administrative actions is also re- stricted by temporal constraints. Following the works for ARBAC models, researchers continue to investigate (the extensions of) analysis techniques to cover the safety problems in the context of administrative temporal RBAC models (ATRBAC).

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Luận án tiến sĩ mang tên "Phân Tích Bảo Mật Tự Động Cho Chính Sách Ủy Quyền Phức Tạp" của tác giả Anh Tuan Truong, dưới sự hướng dẫn của Dr. Silvio Ranise và Prof. Alessandro Armando tại Đại học Trento, năm 2015, tập trung vào việc cải thiện hiệu quả của phân tích bảo mật trong các chính sách ủy quyền phức tạp. Bài viết này không chỉ cung cấp cái nhìn sâu sắc về các phương pháp phân tích bảo mật tự động, mà còn chỉ ra tầm quan trọng của việc đảm bảo an toàn thông tin trong bối cảnh công nghệ thông tin ngày càng phát triển.

Để hiểu rõ hơn về các khía cạnh bảo mật trong lĩnh vực công nghệ thông tin, bạn có thể tham khảo thêm bài viết "Nghiên Cứu Triển Khai Hệ Thống Giám Sát An Ninh Mạng Dựa Trên Phần Mềm Wazuh", nơi nghiên cứu về hệ thống giám sát an ninh mạng, hoặc "Nghiên Cứu Phương Pháp Xác Thực Một Lần và Ứng Dụng Trong Thực Tế", bài viết này đề cập đến các phương pháp xác thực bảo mật hiện đại. Cuối cùng, bạn cũng có thể tìm hiểu thêm về "Nghiên cứu các giải pháp nâng cao an ninh cho mạng MANET", một nghiên cứu quan trọng về bảo mật mạng không dây. Những tài liệu này sẽ giúp bạn mở rộng kiến thức và cái nhìn tổng quan về bảo mật trong công nghệ thông tin.