Small TCBs of policy-controlled operating systems

Pölck, Anja GND

IT Systeme mit qualitativ hohen Sicherheitsanforderungen verwenden zur Beschreibung, Analyse und Implementierung ihrer Sicherheitseigenschaften zunehmend problemspezifische Sicherheitspolitiken, welche ein wesentlicher Bestandteil der Trusted Computing Base (TCB) eines IT Systems sind. Aus diesem Grund sind die Korrektheit und Unumgehbarkeit der Implementierung einer TCB entscheidend, um die geforderten Sicherheitseigenschaften eines Systems herzustellen, zu wahren und zu garantieren. Viele der heutigen Betriebssysteme zeigen, welche Herausforderung die Realisierung von Sicherheitspolitiken darstellt; seit mehr als 40 Jahren unterstützen sie wahlfreie identitätsbasierte Zugriffssteuerungspolitiken nur rudimentär. Dies führt dazu, dass große Teile der Sicherheitspolitiken von Anwendersoftware durch die Anwendungen selbst implementiert werden. Infolge dessen sind die TCBs heutiger Betriebssysteme groß, heterogen und verteilt, so dass die exakte Bestimmung ihres Funktionsumfangs sehr aufwendig ist. Im Ergebnis sind die wesentlichen Eigenschaften von TCBs - Korrektheit, Robustheit und Unumgehbarkeit - nur schwer erreichbar. Dies hat zur Entwicklung von Politik gesteuerten Betriebssystemen geführt, die alle Sicherheitspolitiken eines Betriebssystems und seiner Anwendungen zentral zusammenfassen, indem sie Kernabstraktionen für Sicherheitspolitiken und Politiklaufzeitumgebungen anbieten. Aktuelle Politik gesteuerte Betriebssysteme basieren auf monolithischen Architekturen, was dazu führt, dass ihre Komponenten zur Durchsetzung ihrer Politiken im Betriebssystemkern verteilt sind. Weiterhin verfolgen sie das Ziel, ein möglichst breites Spektrum an Sicherheitspolitiken zu unterstützen. Dies hat zur Folge, dass ihre Laufzeitkomponenten für Politikentscheidung und -durchsetzung universal sind. Im Ergebnis sind ihre TCB-Implementierungen groß und komplex, so dass der TCB- Funktionsumfang nur schwer identifiziert werden kann und wesentliche Eigenschaften von TCBs nur mit erhöhtem Aufwand erreichbar sind. Diese Dissertation verfolgt einen Ansatz, der die TCBs Politik gesteuerter Betriebssysteme systematisch entwickelt. Die Idee ist, das Laufzeitsystem für Sicherheitspolitiken so maßzuschneidern, dass nur die Politiken unterstützt werden, die tatsächlich in einer TCB vorhanden sind. Dabei wird der Funktionsumfang einer TCB durch kausale Abhängigkeiten zwischen Sicherheitspolitiken und TCB-Funktionen bestimmt. Das Ergebnis sind kausale TCBs, die nur diejenigen Funktionen enthalten, die zum Durchsetzen und zum Schutz der vorhandenen Sicherheitspolitiken notwendig sind. Die präzise Identifikation von TCB-Funktionen erlaubt, die Implementierung der TCB-Funktionen von nicht-vertrauenswürdigen Systemkomponenten zu isolieren. Dadurch legen kausale TCBs die Grundlage für TCB-Implementierungen, deren Größe und Komplexität eine Analyse und Verifikation bezüglich ihrer Korrektheit und Unumgehbarkeit ermöglichen. Kausale TCBs haben ein breites Anwendungsspektrum - von eingebetteten Systemen über Politik gesteuerte Betriebssysteme bis hin zu Datenbankmanagementsystemen in großen Informationssystemen.

Policy-controlled operating systems provide a policy decision and enforcement environment to protect and enforce their security policies. The trusted computing base (TCB) of these systems are large and complex, and their functional perimeter can hardly be precisely identified. As a result, a TCB's correctness and tamper-proofness are hard to ensure in its implementation. This dissertation develops a TCB engineering method for policy-controlled operating systems that tailors the policy decision and enforcement environment to support only those policies that are actually present in a TCB. A TCB's functional perimeter is identified by exploiting causal dependencies between policies and TCB functions, which results in causal TCBs that contain exactly those functions that are necessary to establish, enforce, and protect their policies. The precise identification of a TCB's functional perimeter allows for implementing a TCB in a safe environment that indeed can be isolated from untrusted system components. Thereby, causal TCB engineering sets the course for implementations whose size and complexity pave the way for analyzing and verifying a TCB's correctness and tamper-proofness.

Auch im Buchhandel erhältlich: Small TCBs of policy-controlled operating systems / Anja Pölck Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2014. - xiii, 249 S. ISBN 978-3-86360-090-7 Preis: 24,40 €

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Pölck, Anja: Small TCBs of policy-controlled operating systems. 2014.

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