Lehre

 

Modellbasierte Softwaretechniken für sichere Systeme
Vorlesung (2 SWS) und Übung (2 SWS)

Beschreibung

Entwicklung und Pflege vertrauenswürdiger, sicherheitskritischer Systeme sind große Herausforderungen. Es werden viele softwareintensive Systeme entworfen, realisiert und eingesetzt, die gravierende Sicherheitslücken aufweisen. Wir wissen das aus eigener Erfahrung und aus Schlagzeilen über spektakuläres Fehlverhalten von Systemen bzw. über erfolgreiche Angriffe auf sie. Die Gründe dafür sind vielfältig. Manchmal fehlt den Entwicklern das notwendige Sicherheitsbewußtsein, oft fehlen die notwendigen Kenntnisse über die Entwicklungsprozesse, -methoden, -verfahren und -werkzeuge oder sie werden nicht eingesetzt, weil man sich den vermeintlich zu großen Zeit- und Kostenaufwand beim derzeitigen Konkurrenzdruck nicht leisten zu können glaubt.

Beim Engineering oder Reengineering sicherheitskritischer Softwaresysteme stellen sich u.a. folgende Fragen:

• Welche Methoden gibt es für ein umfassendes Risikomanagement, mit denen Experten aus den Geschäftsprozessen und Arbeitsabläufen eine vollständige Analyse der Sicherheitsrisiken durchführen und Vorschläge zu ihrer angemessenen Behandlung ableiten können?
• Welche Methoden gibt es für das Engineering bzw. Reengineering sicherheitskritischer Systeme, für die Auswahl eines geeigneten Entwicklungsprozesses und geeigneter Werkzeuge sowie zur Qualitätssicherung?
• Welche Werkzeuge gibt es, die z.B. die Geschäftsprozessmodelle, UML-Systemspezifikationen, Software-Quelltexte und Konfigurationsdateien automatisch auf Sicherheit analysieren können?
• Kann man z.B. mit UML oder CASE-Werkzeugen wie AutoFocus Sicherheitsanforderungen einfach und intuitiv spezifizieren? Und gibt es Werkzeuge für Simulation, Konsistenzprüfung, Codegenerierung, Verifikation und Test der Sicherheitsaspekte?
• Sind die erstellten Modelle als Dokumentation für die Zertifizierung nach relevanten Standards brauchbar?

Zielsetzung:

Die Vorlesung gibt Antworten auf diese Fragen. Die Teilnehmenden werden die Anforderungen an sicherheitskritische Systeme und die Bedrohungsarten verstehen. Sie erhalten einen Überblick über die vorhandenen Techniken zur Vermeidung von Sicherheitsrisiken und Abwehr von Bedrohungen. Sie werden die Besonderheiten beim Management sicherheitsrelevanter Softwareprojekte, den Nutzen von Sicherheitsaufwendungen und die einschlägigen Normen und Verordnungen kennen. Schließlich werden sie sich intensiv mit modellbasierten Techniken zur Entwicklung sicherheitskritischer Systeme sowie zur Analyse und zum Reengineering existierender Software beschäftigt haben, die damit gewonnenen Praxiserfahrungen einschätzen können, und einen Überblick über vorhandene Werkzeuge und deren Leistungsfähigkeit haben.

Im Anschluss an die Vorlesung kann im März ein darauf aufbauendes Seminar besucht werden.

Inhalt

Beispiele häufiger Sicherheitsprobleme

Sicherheitsgrundlagen

• Sicherheitsanforderungen (Security)
• Sicherheitsfunktionen (Authentifizierung u.a.)
• Sicherheitskonzepte (Autorisierung u.a.)

Sicherheitsrisiken und Bedrohungen

Abwehrmechanismen

• Kryptographie, Signaturen
• Zutrittskontrolle, Berechtigungen
• Netzwerksicherheit, mobile Systeme
• Java und C Sicherheit
• Smart Cards

Richtlinien und Normen für sichere Systeme

• Common Criteria (ISO 15408)

Modellbasierte Techniken zur Entwicklung sicherer Systeme sowie zu Sicherheits-Analyse existierender Software

• Vorgehensmodelle für die Entwicklung sicherer Systeme
• Sicherheitskritische Geschäftsprozesse mit UML
• Architektur-Sicherheitsanalyse: Secure Model-Driven Architecture
• UML-Erweiterungen (UMLsec)
• Engineering-Prinzipien für sichere Systeme
• Sicherheits-Patterns und -Frameworks
• Sicherheits-Analyse, -Validierung und -Verifikation mit UML und AutoFocus
• Sicherheits-Code-Analyse
• Automatisiertes Sicherheitstesten
• Management sicherheitskritischer Berechtigungen

Werkzeuge für die Sicherheitsanalyse

Anwendungsbeispiele aus industriellen Projekten

• Anwendungsdomänen: Banken, Versicherungen, e-Government, e-Commerce, e-Business
• Bezahlsysteme auf Basis von Smart Cards
• Biometrische Authentifikationssysteme

Termine

Vorlesungen

• Montags, 14.00-16.00, GB IV Raum 322

Übung

• Montags, 12.00-14.00 im Raum 322, Jan Jürjens und Martín Ochoa

Sonstiges

• Zu verlegende Termine (wg. Dienstreisen): 16.11.2009: vorgezogen auf Mo 02.11.: 12.00-14.00 Uhr. 14.12.2009: TBD. 01.02.2010: TBD
• Gastvortragender: 23.11.2009, 14:15, GB 5, Raum 420 (Kolloquium): Prof. Dr. Peter Herrmann (Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet, Trondheim - Institutt for telematikk): Kollaborationsbasierte Entwicklung verteilter Systeme
• Vorlesungsfreie Termine: 21./28.12.2009

Vorlesung

Folien

• Einführung (pdf)
• Netzwerksicherheit und Kryptographie (pdf)
• Modell-basierte Sicherheit mit UML (pdf)
• Secure Architectures (pdf)
• Kryptographische Protokolle (pdf) (zu A. 10a: Folie 6; zu A. 11: Axiome)
• Elektronische Geldbörsen (pdf)
• Biometrische Authentisierung (pdf)
• Models vs. Code (pdf)

Einordnung

Diplom

Schwerpunkte 1 (Software-Konstruktion) und 5 (Sicherheit und Verifikation)

Master Informatik / Angewandte Informatik

Modul-Beschreibung

Literatur

• Secure Systems Development with UML (UB TU Dortmund: Signaturen L Sr 531 bis L Sr 531+4)

Feedback

Wir haben großes Interesse an veranstaltungsbegleitendem Feedback, um auf Änderungswünsche gleich (und nicht erst im nächsten Semester) eingehen zu können. Bitte äußern Sie entsprechende Hinweise im Anschluss an eine Vorlesung, per email, oder auch über das anonyme Kontaktformular des Lehrstuhls (im letzteren Fall bitte die Veranstaltung erwähnen, auf die sich der Hinweis bezieht). Vielen Dank!

Kontakt

Zum Profil von Prof. Dr. Jan Jürjens