Kontextabhängige Zugriffskontrolle für Anwendungen im Ubiquitous Computing

214 Pages·2003·4.89 MB·German

Kontextabhängige Zugriffskontrolle
für Anwendungen im
Ubiquitous Computing
vom
Fachbereich Informatik
der Technischen Universität Darmstadt
genehmigte
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades einer
Doktor-Ingenieurin (Dr.-Ing.)
von
Diplom-Informatikerin Univ. Marie-Luise Moschgath
geboren am 22. April 1966 in Ochsenhausen

Darmstadt 2002
Hochschulkennziffer D17

Erstreferent: Prof. Dr. Ralf Steinmetz
Koreferent: Prof. Dr. Peter Kammerer

Tag der Einreichung: 21. Mai 2002
Tag der Disputation: 01. Juli 2002

Eidesstattliche Erklärung

Hiermit erkläre ich, die vorgelegte Arbeit zur Erlangung des akademischen Grades
„Dr.-Ing.“ mit dem Titel „Kontextabhängige Zugriffskontrolle für Anwendungen im
Ubiquitous Computing“ selbständig und ausschließlich unter Verwendung der
angegebenen Hilfsmittel erstellt zu haben. Ich habe bisher noch keinen Promotions-
versuch unternommen.

Darmstadt, den 20. Mai 2002
_________________________________
Dipl.-Inf. Univ. Marie-Luise Moschgath

Inhaltsverzeichnis
Kapitel 1 Einleitung...............................................................................1
1.1 Motivation...............................................................................................................1
1.2 Ziele der Arbeit......................................................................................................3
1.3 Verwandte, aber nicht behandelte Themen.........................................................4
1.4 Aufbau der Arbeit..................................................................................................5
Kapitel 2 Problemanalyse......................................................................7
2.1 RaumComputer......................................................................................................7
2.2 Beispielszenarien....................................................................................................8
2.3 Anforderungen.......................................................................................................9
2.3.1 Anforderungen an die Kontextinfrastruktur ...................................................10
2.3.2 Kontextabhängige Zugriffskontrolle..............................................................13
Kapitel 3 Kontext und kontextabhängige Anwendungen....................17
3.1 Kontext und Kontextabhängigkeit.....................................................................18
3.2 Kontext, Situation und Environment.................................................................19
3.3 Relevante Arbeiten...............................................................................................20
3.3.1 Kategorien von Kontextinformationen...........................................................20
3.3.2 Kategorien von kontextabhängigen Anwendungen........................................22
3.3.3 Kontextarchitekturen, Frameworks und Toolkits...........................................24
Kapitel 4 Zugriffskontrolle..................................................................35
4.1 Sicherheitspolitik..................................................................................................35
4.2 Sicherheitsmodelle...............................................................................................37
4.2.1 Discretionary Access Control.........................................................................37
4.2.2 Mandatory Access Control.............................................................................39
4.2.3 Role-based Access Control.............................................................................40
4.2.4 Chinese Wall-Modell......................................................................................41
- i -
4.3 Relevante Arbeiten im Bereich kontextabhängiger Zugriffskontrolle...........41
4.3.1 Regionorientierte Zugriffskontrolle................................................................42
4.3.2 Zustandsabhängige Sicherheitsspezifikation..................................................44
4.3.3 Generalized Role Based Access Control (GRBAC).......................................47
4.3.4 Content-based Access Control........................................................................49
4.3.5 History-Based Access Control........................................................................49
4.4 Relevante Arbeiten im Bereich Politiksprachen...............................................50
4.4.1 Adage..............................................................................................................51
4.4.2 Ponder.............................................................................................................52
4.4.3 LaSCO............................................................................................................53
4.4.4 SPSL...............................................................................................................53
4.4.5 RCL2000.........................................................................................................54
4.4.6 Akenti Policy Language.................................................................................54
Kapitel 5 Modellierung von Kontext...................................................55
5.1 Ereignisbasiertes Systemmodell.........................................................................55
5.1.1 System, Komponenten, Ereignisse und Attribute...........................................56
5.1.2 Abhängigkeiten zwischen Ereignissen...........................................................58
5.1.3 Ereignis-Muster..............................................................................................59
5.1.4 Zeitstempel und Zeit.......................................................................................60
5.2 Kontext und Kontextinformation.......................................................................62
5.2.1 Kontext...........................................................................................................62
5.2.2 Kontextinformation.........................................................................................63
5.2.3 Kontextklassen................................................................................................67
5.3 Eigenschaften von Kontextinformationen.........................................................75
5.3.1 Zeit und Lokation...........................................................................................75
5.3.2 Gültigkeit, Unsicherheit und Unschärfe .........................................................76
5.4 Spezifikation von Kontextinformationen...........................................................76
5.4.1 XML und RDF/XML als Spezifikationssprachen..........................................77
5.4.2 Lokation..........................................................................................................79
5.4.3 Zeit..................................................................................................................81
5.4.4 Objekt.............................................................................................................82
5.4.5 Subjekt............................................................................................................84
- ii -
5.5 Abfrage von Kontextinformationen...................................................................85
5.5.1 XML Abfragesprachen...................................................................................85
5.5.2 RDF Abfragesprachen....................................................................................87
5.6 Schlussfolgerung ..................................................................................................89
Kapitel 6 Modellierung einer kontextabhängigen Zugriffskontrolle...91
6.1 Sicherheitspolitik..................................................................................................91
6.1.1 Komponenten..................................................................................................92
6.1.2 Ereignisse........................................................................................................92
6.1.3 Sets..................................................................................................................92
6.1.4 Politikregeln....................................................................................................93
6.1.5 Schutzzustand .................................................................................................96
6.2 Context-Dependent Access Control Language..................................................96
6.2.1 XML als Spezifikationssprachen....................................................................97
6.2.2 Sprachbeschreibung........................................................................................97
6.2.3 Namensschemata..........................................................................................105
6.3 Konfliktlösungsstrategien..................................................................................108
6.4 Sicherheitspolitiken in CDACL........................................................................112
6.4.1 DAC..............................................................................................................112
6.4.2 RBAC ...........................................................................................................113
6.4.3 Regionorientierte Zugriffskontrolle..............................................................114
6.4.4 Zustandsabhängige Sicherheitsspezifikation................................................115
Kapitel 7 Kontextinfrastruktur.........................................................117
7.1 Aufbau der Kontextinfrastruktur....................................................................118
7.2 Lokationsserver und Lokationsdienst..............................................................120
7.2.1 Funktionale Architektur................................................................................121
7.2.2 Systemarchitektur .........................................................................................123
7.2.3 Lokationssensoren und Lokationssysteme...................................................124
7.2.4 Datenakquisition...........................................................................................127
7.2.5 Plausibilitätsüberprüfung..............................................................................130
7.2.6 Zuverlässigkeit von Lokationsdaten.............................................................131
7.2.7 Lokationsabfragen........................................................................................131
- iii -
7.2.8 Datenschutz...................................................................................................132
7.3 Kontextdienst und Kontextserver....................................................................136
7.3.1 Ereignisdienst...............................................................................................137
7.3.2 Datenmanagement ........................................................................................143
Kapitel 8 Zugriffskontrollinfrastruktur............................................147
8.1 Architekturen für verteilte Zugriffskontrolle.................................................147
8.2 Gesamtarchitektur.............................................................................................150
8.3 Politikmanagement ............................................................................................151
8.4 Zugriffskontrollmechanismen..........................................................................153
8.4.1 Durchsetzungskomponente...........................................................................154
8.4.2 Entscheidungskomponente...........................................................................157
8.4.3 Authentifikation und Sessionmanagement...................................................158
Kapitel 9 Zusammenfassung und Ausblick.......................................161
9.1 Zusammenfassung..............................................................................................161
9.2 Ausblick...............................................................................................................162
Literaturverzeichnis ...........................................................................165
Anhang……........................................................................................ 187
A. XML-Schema der CDACL................................................................................187
B. Code.....................................................................................................................196
C. Eigene Veröffentlichungen................................................................................200

- iv -
Abbildungen
Abbildung 1 Beispiel einer RaumComputer-Installation.............................................8
Abbildung 2 Kontextinfrastruktur..............................................................................11
Abbildung 3 Context Feature Space...........................................................................21
Abbildung 4 Schilits Systemarchitektur.....................................................................25
Abbildung 5 SitComp Service....................................................................................27
Abbildung 6 Context Server.......................................................................................28
Abbildung 7 CALAIS Event Service.........................................................................29
Abbildung 8 CoolTown Infrastruktur.........................................................................31
Abbildung 9 Context Toolkit......................................................................................32
Abbildung 10 Sensor-Service in MUSE.......................................................................33
Abbildung 11 Sicherheitspolitik...................................................................................36
Abbildung 12 Lampson Access Matrix Beispiel..........................................................38
Abbildung 13 Read-up- und write-down-Regel im Bell-LaPadula-Modell.................40
Abbildung 14 Regiongraph mit Zuordnung von Regionen zu Stationen.....................43
Abbildung 15 Ablauf eines Zustandsübergangs...........................................................46
Abbildung 16 LaSCO-Politik.......................................................................................53
Abbildung 17 Ereignisbasiertes System.......................................................................57
Abbildung 18 Mensch-Umwelt-Interaktion.................................................................63
Abbildung 19 Daten, Wissen, Information (Quelle: [Kno01]).....................................64
Abbildung 20 Kontextcharakteristika...........................................................................65
Abbildung 21 Kontext-Klassen....................................................................................68
Abbildung 22 RC-Raummodell....................................................................................69
Abbildung 23 Kontextspezifikation und -abfrage........................................................76
Abbildung 24 Graphische Darstellung der CDACL-Syntax........................................98
Abbildung 25 Spezialisierungsproblem......................................................................110
Abbildung 26 Bedingungshierarchien........................................................................111
Abbildung 27 Datenfluss von Kontextinformationen................................................118
Abbildung 28 Kontextinfrastruktur............................................................................119
Abbildung 29 Funktionale Komponenten des Lokationsdienstes..............................122
Abbildung 30 Systemübersicht des Lokationsdienst..................................................124
Abbildung 31 RFID-System.......................................................................................127
- v -
Abbildung 32 Lokationsarchitektur............................................................................128
Abbildung 33 Softwarekomponenten der Datenakquisitation....................................129
Abbildung 34 Datenakquisition..................................................................................130
Abbildung 35 Datenschutzkonzept für personenbezogene Lokationsdaten...............135
Abbildung 36 SIENA Ereignisdienst.........................................................................141
Abbildung 37 Server-Topologien in SIENA..............................................................142
Abbildung 38 Benachrichtigungs- und Abfragedienst...............................................146
Abbildung 39 Autorisierungsinteraktion in RAD......................................................148
Abbildung 40 Architektur des IETF Policy Framework............................................149
Abbildung 41 Aufbau des kontextabhängigen Zugriffskontrollsystems....................150
Abbildung 42 Lebenszyklus einer Politik..................................................................151
Abbildung 43 Komponenten des Politikmanagements..............................................152
Abbildung 44 Verteiltes Datenmanagement...............................................................153
Abbildung 45 Zugriffskontrolle..................................................................................154
Abbildung 46 CORBA Interceptoren und Proxy-Lösung..........................................155
Abbildung 47 Entscheidungskomponente..................................................................158

- vi -