Zukunftstrends von Informationstechnologie und Cyber-Sicherheit

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1 Zukunftstrends von Informationstechnologie und Cyber-Sicherheit Prof. Dr. Michael Waidner Fraunhofer SIT und TU Darmstadt 2011 Cyber-Sicherheit Kooperationsmodelle und Lösungsansätze BSI Fachkonferenz, Bonn, 30. Mai 2012 Page 1 of 24

2 Gliederung 1. Wieso ist IT unsicher? 2. Security and Privacy by Design 3. Bausteine für die Cyber-Sicherheit: Vertrauen in Systeme, Kryptographie 4. Zusammenfassung Page 2 of 24

3 Vier Phasen des Cyber-Raums Zeithorizont von ca. 5 Jahren Data Center Outsourcing, Public Cloud User-gen. Content, Social Networks, Massive Info-Sharing + Mobile IT + BYOD Instrumentierte Welt, Big Data Morgenstadt Offen In Forschung Im Einsatz Page 3 of 24

4 Instrumentierte Welt und meistens gibt es schon gehackte Beispiele Page 4 of 24

5 Eigentlich ist das IT-Sicherheitsproblem gelöst nur Page 5 of 24

6 Eigentlich ist das IT-Sicherheitsproblem gelöst nur (1) Wir machen immer wieder dieselben Fehler Sicherheit oft nachgeordnetes Ziel Vulnerabilities = Fehler in Design, Code, Configs im Sicherheitsmodell in der Integration (Kontext, Identitäten, Events) Menschen: Entwickler, Administratoren, Endnutzer Überfordert und unmotiviert Neugierde, Effizienz, Vertrauen Schlechtes IT-Management, kein Überblick, keine Frühwarnfähigkeiten Mangelndes Fachwissen bei Entwicklern & Admins Page 6 of 24

7 (2) Angriffe werden insgesamt professioneller und gezielter Industrialisierung + Zielorientierung ( APT ) + Privatsphäre vs. Facebook, Google, Big Data? Page 7 of 24

8 (3) Sicherheit hat ihre natürlichen Grenzen Komplexität von IT Menschen machen Fehler: Unmöglich, SW/HW fehlerfrei herzustellen oder zu nutzen Sicherheitsaufwand muss Risiko angemessen sein, 80/20 Unsichere Systeme Unsichere Attribution von Angreifern Möglicherweise unsicheres Verhalten ist oft gewollt oder notwendig und darf nicht verhindert werden Nutzung von IT braucht im allg. Freiheitsgrade IT mit zu starken Einschränkungen wird umgangen Überwachung schafft neue Risiken Überwachungsmechanismen sind neues Angriffsziel Erschwert Schutz der Privatsphäre Online Social Networks als freiwillige (?) Überwachung Page 8 of 24

9 Gliederung 1. Wieso ist IT unsicher? 2. Security and Privacy by Design 3. Bausteine für die Cyber-Sicherheit: Vertrauen in Systeme, Kryptographie 4. Zusammenfassung Page 9 of 24

10 Security and Privacy by Design Sicherheit wird umso kostengünstiger, je früher sie hergestellt wird Security by Patching 7600 Security by Design Code Build QA Deployed Average costs per defect (in USD) -- Source: IBM 2009 Page 10 of 24

11 BMBF-Finanziertes Zentrum für Cybersecurity-Forschung ( ) TU Darmstadt + Fraunhofer SIT Wissenschaftliche Exzellenz Security & Privacy by Design Trends Anwendungen und Architekturen Methoden (stat/dyn Analyse, Patterns, ) Bausteine (Krypto, Policy, Hardware) Fokus auf exzellente Nachwuchsgruppen Claude Shannon Fellows Stand: 2 von ca. 6 CSF s besetzt Schwesterzentren in Karlsruhe, Saarbrücken Page 11 of 24

12 Security Design A Systematic Approach Make no mistake during development or operation along the entire supply chain Supply chain Development process Operation Components incl. OSS Products Solutions Develop Develop Develop as part of as part of Integrate Integrate Operate Incident Assure quality Know what can go wrong, Know how to do it right Deploy and use properly Testing, Review Approval Standardization Awareness and training Analysis and design methods Good practices, patterns Documentation of security properties and assumptions Page 12 of 24

13 Security Design A Systematic Approach Our Vision: a systematic approach to secure software development Security concept documentation Security concept artifacts Complete security analysis Practical methods Development process Security design and implementation Secure product Page 13 of 24

14 Example: Threat Modeling, Promise & Reality Experiment at Fraunhofer SIT Subject 1 Consistent assessments including partial matches Three experienced security engineers, products and threat modelling techniques Each subject identified about 30 valid threats, over 70 in total There is surprisingly little overlap Subject 3 Subject 2 Page 14 of 24

15 Risikofreundliche IT-Architekturen Architekturen können mehr oder weniger überlebensfähig sein High-risk Architecture Plain data (without metadata) Single Layer of Defense Access Control Centralized data repositories & processing Real identity, early identification Low-risk Architecture Rich meta data (rights, obligations, retention, ) Multiple Layers of Defense Usage Control Distributed and client-side data repositories & processing, finegrained protection and isolation Pseudonyms, attributes, late identification Broad permissions, opt-in by default Least privilege, security and privacy by default Page 15 of 24

16 Gliederung 1. Wieso ist IT unsicher? 2. Security and Privacy by Design 3. Bausteine für die Cyber-Sicherheit: Vertrauen in Systeme, Kryptographie 4. Zusammenfassung Page 16 of 24

17 Vertrauen in Systeme 1: BizzTrust for Android BYOD without reducing usability and appeal BizzTrust Development is based on requirement analysis with many enterprises Platform Security & Privacy: Isolate domains, e.g., private from business Instantiation of a generic Security Architecture XManDroid MAC with coloring of all resources TOMOYO Linux or SELinux (SEAndroid by NSA) Management: Device only one part of the solution Infrastructure: VPN, TNC, app certification, Mobile device management App security & Page 17 of 24

18 Vertrauen in Systeme 2: Trust in Execution using TPMs Trust in network configuration information (e.g., CASED) Trust in execution of code (e.g., Flicker/ CMU, Softcard/CASED) Page 18 of 24

19 Kryptographie 1: OmniCloud Motivation: Storage clouds today Security problems of current offerings (*) Provide has full access to client data Risk of vendor lock in OmniCloud Cloud Broker & Gateway Unified access to multiple clouds ftp, scp, S3, Rackspace, Nirvanix, For now focused on cloud backup Improves security Compression, deduplication & encryption at OmniCloud gateway Improves portability Gateways can be local or shared *On the Security of Cloud Storage Services, Fraunhofer SIT, Page 19 of 24

20 Kryptographie 2: Fully Homomorphic Encryption & Friends enc(data) Computes enc(f(data)) without the ability to decrypt enc(data). enc(f(data)) One of several cryptographic patterns for extending trust and confidence into the Cloud General FHE is very inefficient, more efficient solutions exist in Secure Function Evaluation / Secure Multiparty Computations Usability through model-driven approaches (EC-SPRIDE) Hot and primising area for basic and applied research. Page 20 of 24

21 Gliederung 1. Wieso ist IT unsicher? 2. Security and Privacy by Design 3. Bausteine für die Cyber-Sicherheit: Vertrauen in Systeme, Kryptographie 4. Zusammenfassung Page 21 of 24

22 Zusammenfassung Wieso ist IT unsicher? Wohlbekannte Fehler Angriffs-Industrie Harte Grenzen Security and Privacy by Design Einziger Ansatz für Sicherheit zu vertretbaren Kosten Bausteine für die IT-Sicherheit Praxis und Theorie Vertrauen in Systeme Kryptographie Page 22 of 24

23 Forschung zur IT-Sicherheit in Deutschland Several strong security and privacy research institutes and groups CASED Darmstadt; CISPA Saarbrücken; ECSPRIDE Darmstadt; Fraunhofer Bonn, Darmstadt, Karlsruhe, München; HGI Bochum; KASTEL Karlsruhe; Several individual groups and researchers Global context for German IT industry Strong positions: e.g., embedded IT, business software, services, privacy & trust Depends on global supply chain for base hardware and software Domestic D/EU market offers strong position in setting standards Suggests research focus on Strong positions (embedded IT, business software, ) Standards: interoperability, integration, assurance, Engineering: security by design, trust from untrusted components Page 23 of 24

24 Prof. Dr. Michael Waidner Fraunhofer-Institut für Sichere Informationstechnologie Rheinstrasse Darmstadt, Germany Technische Universität Darmstadt CASED/EC-SPRIDE & Lehrstuhl Sicherheit in der IT Mornewegstrasse Darmstadt, Germany Page 24 of 24

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