Engineering secure software architectures : patterns, models and analysis

Ingénierie des sytèmes sécurisés : patrons, modèles et analyses

• Auteur / Autrice : Anas Motii
• Direction : Brahim Hamid, Agnès Lanusse
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sureté du logiciel et calcul de haute performance
• Date : Soutenance le 10/07/2017
• Etablissement(s) : Toulouse 3
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Architecture logicielle

Sécurité des systèmes

Mots clés libres

TIC

Analyse de risques

Ingénierie système à base de patrons

Patrons de sécurité

Ingénierie dirigée par les modèles (IDM)

UML

ICT

Risk assessment

Pattern-based system engineering (PBSE)

Security patterns

MDE

UML

Résumé

De nos jours la plupart des organisations pour ne pas dire toutes, dépendent des technologies de l'information et de la communication (TIC) pour supporter plusieurs tâches et processus (quelquefois critiques). Cependant, dans la plupart des cas, les organisations et en particulier les petites entreprises accordent une importance limitée à l'information et à sa sécurité. En outre, sécuriser de tels systèmes est une tâche difficile en raison de la complexité et de la connectivité croissante du matériel et du logiciel dans le développement des TICs. Cet aspect doit alors être pris en compte dès les premières phases de conception. Dans ce travail, nous proposons une approche basée sur les modèles permettant de sécuriser des architectures logicielles en utilisant des patrons. Les contributions de ce travail sont : (1) un cadre de conception intégré pour la spécification et l'analyse d'architectures logicielles sécurisées, (2) une nouvelle méthodologie à base de modèles et de patrons et (3) une suite d'outils. Le fondement de l'approche associe un environnement basé sur des langages de modélisation pour la spécification et l'analyse des modèles d'architectures sécurisées et un dépôt à base de modèles d'artéfacts dédiés à la sécurité (modèle de patrons de sécurité, menaces et propriétés de sécurités) permettant la réutilisation de savoir-faire et de connaissances capitalisées. Pour cela on utilise des langages de modélisation pour la spécification et l'analyse de l'architecture. Le processus associé est constitué des activités suivantes : (a) analyse de risques à base de modèle appliquée à l'architecture du système pour identifier des menaces, (b) sélection et importation de modèles de patrons de sécurité, afin d'arrêter ou de mitiger les menaces identifiées, vers l'environnement de modélisation cible, (c) intégration de modèles de patrons dans le modèle d'architecture, (d) analyse de l'architecture obtenue par rapports aux exigences non-fonctionnelles et aux menaces résiduelles. Dans ce cadre, on s'est focalisé sur la vérification du maintien du respect des contraintes temporelles après application des patrons. La recherche de menaces résiduelles est réalisée à l'aide de techniques de vérification exploitant une représentation formelle des scénarios de menaces issus du modèle STRIDE et basés sur des référentiels de menaces existants (ex., CAPEC). Dans le cadre de l'assistance pour le développement des architectures sécurisées, nous avons implémenté une suite structurée d'outils autour du framework SEMCO et de la plateforme Eclipse Papyrus pour supporter les différentes activités basées sur un ensemble de langages de modélisation conforme à des standards OMG (UML et ses profils). Les solutions proposées ont été évaluées à travers l'utilisation d'un cas d'étude autour des systèmes SCADA (systèmes de contrôle et d'acquisition de données).

Nowadays most organizations depend on Information and Communication Technologies (ICT) to perform their daily tasks (sometimes highly critical). However, in most cases, organizations and particularly small ones place limited value on information and its security. In the same time, achieving security in such systems is a difficult task because of the increasing complexity and connectivity in ICT development. In addition, security has impacts on many attributes such as openness, safety and usability. Thus, security becomes a very important aspect that should be considered in early phases of development. In this work, we propose an approach in order to secure ICT software architectures during their development by considering the aforementioned issues. The contributions of this work are threefold: (1) an integrated design framework for the specification and analysis of secure software architectures, (2) a novel model- and pattern-based methodology and (3) a set of supporting tools. The approach associates a modeling environment based on a set of modeling languages for specifying and analyzing architecture models and a reuse model repository of modeling artifacts (security pattern, threat and security property models) which allows reuse of capitalized security related know-how. The approach consists of the following steps: (a) model-based risk assessment performed on the architecture to identify threats, (b) selection and instantiation of security pattern models towards the modeling environment for stopping or mitigating the identified threats, (c) integration of security pattern models into the architecture model, (d) analysis of the produced architecture model with regards to other non-functional requirements and residual threats. In this context, we focus on real-time constraints satisfaction preservation after application of security patterns. Enumerating the residual threats is done by checking techniques over the architecture against formalized threat scenarios from the STRIDE model and based on existing threat references (e.g., CAPEC). As part of the assistance for the development of secure architectures, we have implemented a tool chain based on SEMCO and Eclipse Papyrus to support the different activities based on a set of modeling languages compliant with OMG standards (UML and its profiles). The assessment of our work is presented via a SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition) case study.