Selected Areas in Security & Privacy: Building Secure Mobile Applications (SMA)

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1 Selected Areas in Security & Privacy: Building Secure Mobile Applications (SMA) Prof. Dr. Doğan Kesdoğan Dipl.-Inform. Mohamed Bourimi University of Siegen, Chair for IT Security, Germany

2 Physical security assumptions 2 Each technical security measure needs a physical anchoring" in a part of the system which the attacker has neither read access nor modifying access to. Range from computer centre X to smart card Y What can be expected at best? Availability of a locally concentrated part of the system cannot be provided against realistic attackers physically distributed system hope the attacker cannot be at many places at the same time. Distribution makes confidentiality und integrity more difficult. But physical measures concerning confidentiality and integrity are more efficient: Protection against all realistic attackers seems feasible. If so, physical distribution is quite ok.

3 Golden rule 3 Correspondence between organizational and IT structures

4 Identification of human beings by IT-systems 4? What one is has hand geometry finger print picture hand-written signature retina-pattern voice typing characteristics paper document metal key magnetic-strip card smart card (chip card) calculator ID-card knows password answers to questions calculation results for numbers

5 Identification of IT-systems by human beings 5? What it is casing seal, hologram pollution knows password answers to questions calculation results for numbers Where it stands

6 Identification of IT-systems by IT-systems 6? What it knows password answers to questions calculation results for numbers cryptography Wiring from where

7 Admission and access control 7 Admission control communicate with authorized partners only user process reference monitor check authorization; log author and operation before access to data or programs data, programs Access control subject can only exercise operations on objects if authorized.

8 Computer virus vs. transitive Trojan horse 8 computer virus program 1 unnecessary write access, e.g. for computer game Infection program 2 transitive Trojan horse program 1 necessary write access, e.g. for compiler or editor program 2 Access control Limit spread of attack by as little privileges as possible: Don t grant unnecessary access rights! No computer viruses, only transitive Trojan horses!

9 Basic facts about Computer viruses and Trojan horses 9 Other measures fail: 1. Undecidable if program is a computer virus proof (indirect) assumption: decide ( ) program counter_example if decide (counter_example) 2. Undecidable if program is Trojan horse then no_virus_functionality else virus_functionality Better be too careful! 3. Even known computer viruses are not efficiently identifiable self-modification virus scanner 4. Same for: Trojan horses 5. Damage concerning data is not ascertainable afterwards function inflicting damage could modify itself

10 Further problems Specify exactly what IT system is to do and what it is not to do.? 2. Prove total correctness of implementation. today? 3. Are all covert channels identified??

11 Golden Rule 11 Design and realize IT system as distributed system, such that a limited number of attacking computers cannot inflict significant damage.

12 Distributed System 12 Aspects of distribution physical distribution distributed control and implementation structure distributed system: no entity has a global view on the system

13 Security in distributed systems 13 Trustworthy terminals Trustworthy only to user to others as well Ability to communicate Availability by redundancy and diversity Cryptography Confidentiality by encryption Integrity by message authentication codes (MACs) or digital signatures

14 Availability 14 Infrastructure with the least possible complexity of design Connection to completely diverse networks different frequency bands in radio networks redundant wiring and diverse routing in fixed networks Avoid bottlenecks of diversity e.g. radio network needs same local exchange as fixed network, for all subscriber links, there is only one transmission point to the long distance network

15 Basics of Cryptology 15 Achievable protection goals: confidentiality, called concealment integrity (= no undetected unauthorized modification of information), called authentication Unachievable by cryptography: availability at least not against strong attackers

16 How to Design secure Systems? 16

17 Information Asymmetry 17 In 2001, the Nobel Prize in Economics was awarded to George Akerlof, Michael Spence, and Joseph E. Stiglitz Study of decisions in transactions where one party has more or better information than the other Hidden characteristics Hidden action and Hidden information Hidden intention Creates an imbalance of power Moral Hazard

18 Multilateral security 18 Each party has its particular protection goals. Each party can formulate its protection goals. Security conflicts are recognized and compromises negotiated. Each party can enforce its protection goals within the agreed compromise. Security with minimal assumptions about others

19 Techniken für Mehrseitige Sicherheit... haben das Potential, Nutzer von IT-Systemen von Fremdbestimmung bzgl. ihrer (Un-)Sicherheit zu befreien.

20 Unilateral nutzbare Techniken Werkzeuge, die selbst unerfahrenen Nutzern helfen, alle ihre Schutzziele zu formulieren

21 Unilateral nutzbare Techniken (Portable) Geräte, die für ihre Benutzer sicher sind, als Basis jeder Sicherheit +

22 Unilateral nutzbare Techniken

23 Bilateral nutzbare Techniken Werkzeuge, um Schutzziele und Sicherheitsmechanismen bilateral auszuhandeln Application Security Management Interface Security Management Interface Application Application Programming Interface Application Programming Interface Configuration Negotiation Negotiation Configuration Security Services Security Mechanisms Security Management Security Management Security Services Security Mechanisms

24 Bilateral nutzbare Techniken Kryptographische Mechanismen, um Kommunikationsinhalte zu schützen Ziel: Vertraulichkeit und/oder Authentizität Schlüssel! Schlüssel! Klartext! Verschlüsse-! lung! Schlüsseltext! Entschlüsse-! lung! Klartext! Sender! Angreifer! Empfänger!

25 Bilateral nutzbare Techniken Steganographische Mechanismen, um Kommunikationsinhalte zu schützen Ziel: Vertraulichkeit der Vertraulichkeit Schlüssel! Schlüssel! Hülle! Hülle*! Inhalt! Einbetten! Stegotext! Extrahieren! Inhalt! Sender! Angreifer! Empfänger!

26 Multilateral nutzbare Techniken Werkzeuge, um multilateral auszuhandeln, z.b. für Anonymität, Unbeobachtbarkeit und Pseudonymität Public-key Infrastrukturen Mechanismen, um Anonymität, Unbeobachtbarkeit und Unverkettbarkeit zu erreichen bei Kommunikation, d.h. zu schützen wer, wann, von wo, mit wem wohin kommuniziert, Zahlungen, d.h. zu schützen wer wann an wen welchen Betrag zahlt, und Werteaustausch, d.h. elektronisches Einkaufen gegen Beobachtung zu schützen Pseudonymität, d.h. Anonymität und Zurechenbarkeit kombiniert

27 Multilateral nutzbare Techniken Anonymität, Unbeobachtbarkeit und Unverkettbarkeit bei Kommunikation MIX 1 MIX 2 Funktionen jedes MIXes: puffern Wiederholungen ignorieren umcodieren umsortieren > verbirgt so die Beziehung zwischen ein- und ausgehenden Nachrichten

28 Multilateral nutzbare Techniken Bank Händler Kunde

29 Evaluation of Maturity and Effectiveness physical protection security evaluation of software security in operating systems cryptography steganography public key infrastructure mechanisms for anonymity, unobservability, unlinkability, and pseudonymity tools to help even inexperienced users to formulate and negotiate integration of these technologies state of public research hardly any resp. publications acceptable very good very good good very good very good good acceptable demonstrators, prototypes hard to assess hard to assess good good acceptable good good acceptable poor available products hard to assess; Me-chip hard to assess poor; WinNT, Linux good; PGP very poor hard to assess acceptable; Onion Routing - poor products fielded on a large scale very poor; chipcards hard to assess very poor; Win98, Mac OS good; PGP very poor - poor; Proxies - very poor unilaterally usable bilaterally usable multilaterally usable

30 How about Trust? 30

31 Blindes vs. Überprüfendes Vertrauen 31 Beispiele Mental Poker Massenspeicher: USB-Stick, Festplatte Blindes Vertrauen: Ich kann nicht überprüfen, ob mein Vertrauen gerechtfertigt ist bzw. war. Überprüfendes Vertrauen: Ich kann überprüfen, ob mein Vertrauen gerechtfertigt war... Und daran mein Verhalten anpassen. Vertrauen in die Wahrung von Vertraulichkeitseigenschaften ist nahezu immer blind, Vertrauen in die Wahrung von Integritätsund Verfügbarkeitseigenschaften ist typischerweise überprüfend.

32 Was bedeutet Datenschutz? 32 Umsetzung des Grundrechts auf Informationelle Selbstbestimmung: Jeder hat das Recht, grundsätzlich selbst zu bestimmen, wer bei welcher Gelegenheit was über ihn weiß. Mit dem Recht auf informationelle Selbstbestimmung wären eine Gesellschaftsordnung und eine diese ermöglichende Rechtsordnung nicht vereinbar, in der Bürger nicht mehr wissen können, wer was wann und bei welcher Gelegenheit über sie weiß. Wer unsicher ist, ob abweichende Verhaltensweisen jederzeit notiert und als Information dauerhaft gespeichert, verwendet oder weitergegeben werden, wird versuchen, nicht durch solche Verhaltensweisen aufzufallen. [ ] Dies würde nicht nur die individuellen Entfaltungschancen des Einzelnen beeinträchtigen, sondern auch das Gemeinwohl, weil Selbstbestimmung eine elementare Funktionsbedingung eines auf Handlungsfähigkeit und Mitwirkungsfähigkeit seiner Bürger begründeten freiheitlichen demokratischen Gemeinwesens ist. Hieraus folgt: Freie Entfaltung der Persönlichkeit setzt unter den modernen Bedingungen der Datenverarbeitung den Schutz des Einzelnen gegen unbegrenzte Erhebung, Speicherung, Verwendung und Weitergabe seiner persönlichen Daten voraus. Dieser Schutz ist daher von dem Grundrecht des Art 2 Abs. 1 in Verbindung mit Art 1 Abs. 1 GG umfasst. Das Grundrecht gewährleistet insoweit die Befugnis des Einzelnen, grundsätzlich selbst über die Preisgabe und Verwendung seiner persönlichen Daten zu bestimmen. Einschränkungen dieses Rechts auf "informationelle Selbstbestimmung" sind nur im überwiegenden Allgemeininteresse zulässig. BVerfG 15. Dez. 1983

33 Wichtige Datensicherheitsaspekte im Mautumfeld 33 Ich lokalisiere mich vs. Ich werde lokalisiert GPS mobilfunk- oder RFID-basiert Ich empfange vs. Ich sende GPS, Radio mobilfunk- oder RFID-basiert Ich werde identifiziert vs. Ich bleibe anonym Dig. Signaturen, Adressen, Dig. Pseudonyme, analoge Funkcharakteristika nur empfangen oder aufwendiger Schutz des Senders Mir wird Berechtigung vs. Ich weise meine Berechtigung zugeordnet nach aufbauend auf Identifizierung Tickets, umrechenbare Credentials

34 Wichtige Datenschutzaspekte im Mautumfeld 34 Hilfssheriffisierung der Provider untergräbt Vertrauen Abhörschnittstellen Vorratsdatenspeicherung Freiwillige Teilnahme oder faktischer Benutzungszwang? Opt-in vs. Opt-out

35 Balance gesucht 35 Nutzen(verteilung) vs. Risiko(verteilung) Innerhalb von Anwendungen Über Anwendungen und Infrastrukturen hinweg Schutz der strukturell Schwächeren Macht Know how (Infrastruktur)Nutzer

36 An Introduction to Digital Identity 36

37 An Introduction to Digital Identity 37 Digital identity of what? is set of attributes Partial Identities (pids) for privacy how to use? Attributes: Important kinds of Possible classifications Example: How to (not) use biometrics How to represent identity online? How to manage your identity online? Identity management framework needed

38 Digital identity of what? 38 Digital identity of Natural person, Legal person, or Computer

39 Digital identity is? 39 Digital identity is much more than Names (easy to remember), Identifiers (unique), and Means of authentication (secure).

40 Digital identity is Digital identity primarily is a set of attributes, where some might change over time and some may be certified by third parties. Given that it is very hard if not impossible to erase widely used digital data, a digital identity is only growing never shrinking. This is true both for a global observer as well as for each party (or set of parties pooling their information) interacting with a digital identity.

41 Partial Identities (pids) Achieving security and privacy requires users to subset their digital identity Birthday in so-called Name Partial Identities (pids), where each pid might have its own Diary name, own identifier, and Alice own means of authentication. Legend: Tax Status Income Birthplace Phone Number Group 41 Insurance Health Status Address Cellphone Number Interests Good- Conduc Certifi Credit Rating Foreign Languages A Likes Dislik Identity of Alice Telecommunication Partial Identity of Alice Leisure

42 Using pids requires Basic understanding by users (and by government and businesses), At least one personal computer administrating personal data and executing cryptographic protocols fully controlled by the user (otherwise no way to validate privacy properties, i.e. unlinkable pids), Digital pseudonyms for secure authentication (otherwise no way to achieve accountability), Anonymous credentials to transfer certified attributes from one pid to another pid of the same digital identity (otherwise no transfer of certified attributes between pids, which drastically reduces their applicability).

43 Important kinds of attributes 43 Names (easy to remember), Identifiers (unique), Means of authentication (secure) Digital pseudonyms are unique identifiers suited to test authentication (e.g. public keys of PGP) Biometrics (binding to natural person) Addresses (useful for communication) Bank account (payment) Credit card number (payment and creditworthiness)