Analysis and composition of security primitives towards a framework that safeguards the confidentiality, integrity and availability of embedded systems: uSPBM - Secure Policy-based Management of Ubiquitous Smart Devices

Fysarakis Konstantinos

URI	http://purl.tuc.gr/dl/dias/732CF319-8649-418F-956A-D29E89ACD1CA	-
Identifier	https://doi.org/10.26233/heallink.tuc.64749	-
Language	en	-
Extent	196 pages	en
Title	Analysis and composition of security primitives towards a framework that safeguards the confidentiality, integrity and availability of embedded systems: uSPBM - Secure Policy-based Management of Ubiquitous Smart Devices	en
Title	Ανάλυση και σύνθεση πλαισίου κρυπτογραφικών αρχετύπων και λοιπών τεχνολογιών ασφάλειας για την εξασφάλιση εμπιστευτικότητας, ακεραιότητας και διαθεσιμότητας σε ενσωματωμένα συστήματα: uSPBM - Ένα ασφαλές πλαίσιο διαχείρισης και προστασίας έξυπνων συσκευών, βασισμένο σε πολιτικές ασφάλειας	el
Creator	Fysarakis Konstantinos	en
Creator	Φυσαρακης Κωνσταντινος	el
Contributor [Thesis Supervisor]	Papaefstathiou Ioannis	en
Contributor [Thesis Supervisor]	Παπαευσταθιου Ιωαννης	el
Contributor [Committee Member]	Dollas Apostolos	en
Contributor [Committee Member]	Δολλας Αποστολος	el
Contributor [Committee Member]	Pnevmatikatos Dionysios	en
Contributor [Committee Member]	Πνευματικατος Διονυσιος	el
Contributor [Committee Member]	Deligiannakis Antonios	en
Contributor [Committee Member]	Δεληγιαννακης Αντωνιος	el
Contributor [Committee Member]	Μανιφάβας Χαράλαμπος	el
Contributor [Committee Member]	Manifavas Charalampos	en
Contributor [Committee Member]	Markantonakis, Konstantinos	en
Contributor [Committee Member]	Δουληγέρης Χρήστος	el
Contributor [Committee Member]	Douligeris Christos	en
Publisher	Πολυτεχνείο Κρήτης	el
Publisher	Technical University of Crete	en
Academic Unit	Technical University of Crete::School of Electronic and Computer Engineering	en
Academic Unit	Πολυτεχνείο Κρήτης::Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών	el
Description	A Dissertation submitted to the Department of Electronic and Computer Engineering of the Technical University of Crete, in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Doctor of Philosophy (PhD).	en
Description	Διδακτορική Διατριβή που υποβλήθηκε στη Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Πολυτεχνείου Κρήτης, για την πλήρωση προϋποθέσεων λήψης του Διδακτορικού Διπλώματος.	el
Content Summary	Computing devices already permeate working and living environments, a trend affecting all aspects of modern everyday lives, and one that is expected to intensify in the coming years. As computing becomes ubiquitous, researchers and engineers aim to exploit the potential of pervasive systems in order to introduce new types of services and address inveterate and emerging problems. This process will lead us eventually to the era of urban computing and the Internet of Things (IoT), where all objects we own and interact with will be computerized and connected to the Internet. However, these long-promised improvements cannot be realized without overcoming some significant obstacles introduced by these technological advancements. The direct interaction smart devices often have with the physical world, along with the processing, storage and communication of data pertaining to users’ lives, i.e. private sensitive in nature, bring security and privacy concerns into the limelight. Researchers, business stakeholders and end-users alike, recognize that one such important security-related barrier is the lack of fine-grained and context-aware control of access to the resources of these pervasive embedded systems, in a secure and scalable manner. The resource-constraints of the platforms integrated into smart environments, and their heterogeneity in hardware, network and overlaying technologies, only exacerbate the above security issues. Thus, often intertwined with the security issues, is another important barrier: the lack of interoperable solutions, to facilitate the use, monitoring and management of the plethora of devices and their services. Therefore, while seamless machine-to-machine (M2M) and human-to-machine (H2M) interactions are a necessity for secure and truly ubiquitous computing, the current status quo is that of a segregated and incompatible assortment of devices. Motivated by the above, this thesis presents uSPBM, a secure policy-based management framework, focusing on the use of well-established, standardized technologies, while considering the potential resource-constraints of the target heterogeneous embedded devices. By combining the well-studied fine-grained access control provided by the eXtensible Access Control Markup Language (XACML) with the benefits of Service Oriented Architectures, via the Devices Profile for Web Services (DPWS), it enables seamless interactions and fine-grained, context-aware policy-based management of heterogeneous smart devices. Moreover, the framework includes modular elements that allow the authentication of users and devices, communication between different domains, as well as automated, real-time monitoring and management of the devices’, their operating parameters and their services, via the appropriate middleware interfaces. The work includes proof-of-concept implementations of all of the framework’s entities, on a variety of hardware platforms, including purpose-built novel development tools, which outperform existing solutions. All implementations are evaluated in detail on a number of use cases where applying the proposed framework enhances the current state of the art in terms of the interoperability, security, real-time monitoring and management of smart devices. The results validate the feasibility of uSPBM’s approach and its applicability in enabling the wider adoption of the IoT, thus allowing users to reap the associated benefits.	en
Content Summary	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.	el
Type of Item	Διδακτορική Διατριβή	el
Type of Item	Doctoral Dissertation	en
License	http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/	en
Date of Item	2016-04-19	-
Date of Publication	2016	-
Subject	Έλεγχος πρόσβασης μέσω πολιτικών	el
Subject	Policy-based access control	en
Subject	Εξουσιοδότηση	el
Subject	Authorisation	en
Subject	Αυθεντικοποίηση	el
Subject	Authentication	en
Subject	Υπηρεσίες διαδικτύου	el
Subject	Web services	en
Subject	Αρχιτεκτονικές υπηρεσιών	el
Subject	Service architectures	en
Subject	Διάχυτη Υπολογιστική	el
Subject	Ubiquitous computing	en
Subject	Pervasive computing	en
Subject	Διαδίκτυο των αντικειμένων	el
Subject	Internet of Things (IoT)	en
Subject	Devices Profile for Web Services (DPWS)	en
Subject	eXtensible Access Control Markup Language (XACML)	en
Subject	MQ Telemetry Transport (MQTT)	en
Subject	Ασφάλεια	el
Subject	Security	en
Subject	Έξυπνο σπίτι	el
Subject	Smart home	en
Subject	Έξυπνα οχήματα	el
Subject	Smart vehicles	en
Subject	Δίκτυα αισθητήρων σώματος	el
Subject	Body sensor networks	en
Subject	Δίκτυα χαμηλής ισχύος και απωλειών	el
Subject	Low power and lossy networks (LLNs)	en
Subject	Ενσωματωμένα συστήματα	el
Subject	Embedded systems	en
Subject	Έξυπνες συσκευές	el
Subject	Smart devices	en
Subject	Αισθητήρες	el
Subject	Sensors	en
Bibliographic Citation	Konstantinos Fysarakis, "Analysis and composition of security primitives towards a framework that safeguards the confidentiality, integrity and availability of embedded systems: uSPBM - Secure Policy-based Management of Ubiquitous Smart Devices", Doctoral Dissertation, School of Electronic and Computer Engineering, Technical University of Crete, Chania, Greece, 2016	en
Bibliographic Citation	Κωνσταντίνος Φυσαράκης, "Ανάλυση και σύνθεση πλαισίου κρυπτογραφικών αρχετύπων και λοιπών τεχνολογιών ασφάλειας για την εξασφάλιση εμπιστευτικότητας, ακεραιότητας και διαθεσιμότητας σε ενσωματωμένα συστήματα: uSPBM - Ένα ασφαλές πλαίσιο διαχείρισης και προστασίας έξυπνων συσκευών, βασισμένο σε πολιτικές ασφάλειας", Διδακτορική Διατριβή, Σχολή Ηλεκτρονικών Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών, Πολυτεχνείο Κρήτης, Χανιά, Ελλάς, 2016	el

Search

Browse

My Space

Analysis and composition of security primitives towards a framework that safeguards the confidentiality, integrity and availability of embedded systems: uSPBM - Secure Policy-based Management of Ubiquitous Smart Devices

Fysarakis Konstantinos

Available Files

Services

Export

Share

Statistics

Metadata & Content in a METS Package:

Metadata in Format: