Analysis and composition of security primitives towards a framework that safeguards the confidentiality, integrity and availability of embedded systems

Abstract

Πλήθος υπολογιστικών συστημάτων βρίσκονται ήδη γύρω μας, σε διάφορες μορφές – μία πραγματικότητα που επηρεάζει όλες τις πτυχές της σύγχρονης ζωής και μία τάση που αναμένεται να ενταθεί τα επόμενα χρόνια. Ερευνητές και μηχανικοί εργάζονται προκειμένου να παρουσιαστούν νέοι τύποι συσκευών και υπηρεσιών, με σκοπό να αντιμετωπιστούν αποτελεσματικότερα τα υφιστάμενα και αναδυόμενα προβλήματα της καθημερινότητας και να βελτιωθεί η ποιότητα της ζωής μας. Αυτή η διαδικασία θα οδηγήσει στην εποχή του Internet of Things (IoT), όπου όλα τα αντικείμενα που κατέχουμε και αλληλοεπιδρούμε θα αποτελούνται από υπολογιστικές συσκευές συνδεδεμένες στο διαδίκτυο.Ωστόσο, οι μεγάλες αυτές αλλαγές δεν πρόκειται να πραγματωθούν χωρίς την υπέρβαση κάποιων σημαντικών εμποδίων. Οι έξυπνες συσκευές έχουν, συχνά, άμεση επαφή με τον φυσικό κόσμο και, επιπλέον, επεξεργάζονται, αποθηκεύουν και μεταφέρουν δεδομένα ευαίσθητου προσωπικού χαρακτήρα, φέρνοντας έτσι στο προσκήνιο σημαντικά θέματα ασφάλειας και ιδιωτικότητας. Τόσο οι ερευνητές, όσο και οι επιχειρήσεις, αλλά και οι τελικοί χρήστες, αναγνωρίζουν ως ένα τέτοιο σημαντικό πρόβλημα την έλλειψη ασφαλούς, επεκτάσιμου και λεπτομερούς (fine-grained) ελέγχου πρόσβασης στα ενσωματωμένα αυτά συστήματα και τους πόρους/υπηρεσίες τους, με επίγνωση πλαισίου (context-awareness). Οι περιορισμοί των διαθέσιμων πόρων των συσκευών που ενσωματώνονται σε έξυπνα περιβάλλοντα και η ετερογένειά τους (σε υλικό, δικτύωση, εφαρμογές κλπ.), επιδεινώνουν τα προβλήματα αυτά και δυσχεραίνουν την αντιμετώπισή τους. Έτσι, συχνά συνυφασμένο με τα θέματα ασφάλειας, είναι ένα άλλο σημαντικό εμπόδιο: η έλλειψη διαλειτουργικότητας που θα διευκόλυνε τη χρήση, παρακολούθηση και διαχείριση της πληθώρας των έξυπνων συσκευών και των υπηρεσιών τους. Παρόλο που οι απρόσκοπτες αλληλεπιδράσεις μηχανής-προς-μηχανή (M2M) και ανθρώπου-προς-μηχανή (H2M) είναι αναγκαίες για ένα πραγματικό και ασφαλές περιβάλλον διάχυτης νοημοσύνης, σήμερα υπάρχει μια κατακερματισμένη αγοράς με ποικιλία ασύμβατων μεταξύ τους συσκευών.Τα παραπάνω προβλήματα αποτέλεσαν το κίνητρο για τη διατριβή αυτή, που παρουσιάζει το uSPBM, ένα ασφαλές πλαίσιο διαχείρισης και προστασίας έξυπνων συσκευών, μέσω πολιτικών ασφάλειας, με έμφαση στη χρήση τυποποιημένων τεχνολογιών, λαμβάνοντας υπόψιν και τους περιορισμούς πόρων των συσκευών αυτών. Με το συνδυασμό του λεπτομερούς ελέγχου πρόσβασης που παρέχεται από την eXtensible Access Control Markup Language (XACML) με τα οφέλη των Service Oriented Αρχιτεκτονικών, μέσω του Devices Profile for Web Services (DPWS), επιτρέπει την απρόσκοπτη αλληλεπίδραση και τη διαχείριση, σε πραγματικό χρόνο, ετερογενών έξυπνων συσκευών, μέσω πολιτικών ασφάλειας με επίγνωση πλαισίου. Επιπλέον, το uSPBM περιλαμβάνει αρθρωτά στοιχεία που επιτρέπουν την αυθεντικοποίηση (authentication) των χρηστών και των συσκευών, επικοινωνία μεταξύ διαφορετικών, κατανεμημένων δικτύων, καθώς και αυτοματοποιημένη, πραγματικού χρόνου παρακολούθηση και διαχείριση των συσκευών, των παραμέτρων λειτουργίας τους, και των υπηρεσιών τους, μέσω διεπαφών ενδιάμεσου λογισμικού.Το παρουσιαζόμενο έργο περιλαμβάνει proof of concept υλοποιήσεις όλων των οντοτήτων του πλαισίου σε μία ποικιλία από πλατφόρμες υλικού, συμπεριλαμβανομένων καινοτόμων εργαλείων ανάπτυξης τα οποία ξεπερνούν σε απόδοση τις προϋπάρχουσες λύσεις. Οι υλοποιήσεις αξιολογούνται λεπτομερώς σε μια σειρά από περιπτώσεις χρήσης, όπου η εφαρμογή του uSPBM ξεπερνάει την τρέχουσα τεχνολογία αιχμής από άποψη διαλειτουργικότητας, ελέγχου πρόσβασης, και παρακολούθησης και διαχείρισης σε πραγματικό χρόνο των έξυπνων συσκευών. Τα αποτελέσματα επικυρώνουν την εφαρμοσιμότητα του uSPBM και τη σημασία του στην ευρύτερη υιοθέτηση του IoT, επιτρέποντας έτσι στους χρήστες να αποκομίσουν όλα τα οφέλη της νέας αυτής πραγματικότητας.