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Theses Year : 2019

Network security requirements engineering methodology

Méthodologie d'ingénierie des exigences de sécurité réseau

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Abstract

Building secure networks is crucial as well as challenging for any organization. Network security majorly concerns the security architectural needs that describe network segmentation (i.e., security zoning); security of network devices connecting the communicating end user systems; and security of the information being transferred across the communication links. Most often, a late consideration of security aspects (i.e., post-deployment of network design) inevitably results in an increase in costs as well as in the complexity to take into account the necessary changes that have be made to the existing infrastructures. In this regard, network security requirements hold a paramount importance since they drive the decisions related to the implementation of security controls about business needs. Indeed, bad network security requirements can lead to ineffective and costly security or worth security holes in the network security design. Nevertheless, current security requirement engineering methodologies render no support to derive network security requirements. This thesis work is a part of the research project DGA IREHDO2 (Intégration REseau Haut Débit embarqué Optique 2ème phase) that concerns aircrafts future generation networks. Our work is done mainly in collaboration with AIRBUS and is related to the security requirements engineering process for aircraft networks. Our objective in this project is to propose an SRE methodology for capturing and analysing network security requirements, and that facilitates the refinement into network security and monitoring configurations (TOP/DOWN approach). The complexity addressed comes at a time from the differences in point of view: i) with regard to the understanding of the issue of security by different stakeholders, ii) the nature of the systems impacted and the variability of the levels of abstraction in the network development cycle. In this work, we defined SRE methodology based on the abstraction levels proposed by SABSA (Sherwood Applied Business Security Architecture) method in order to structure the refinement activity of business needs into network security requirements. Indeed, SABSA recommends the expression of the needs considering the Business view (decision makers), Architect's view (objectives, risks, processes, applications and interactions), Designer's view (security services), Builder's view (security mechanisms) and Tradesman's view (products, tools, technologies). We considered the first three views. We express the business and architect's views using STS (Social-Technical Systems) formalism. We also propose to represent attacks as multi-agent systems to facilitate the analysis of security risks at these first two views. For expressing the network security requirements captured at Designer's view, we propose a methodology that automates parts of the process of security zoning and network security requirements elicitation using a definite set of formalized rules derived from security design principles and formal integrity models. We developed a tool that implements these rules in ASP (Answer set programming), which facilitates calculating cost-optimal security zone models. In the end, to ensure traceability between the three views, we defined a new modelling notation based on the concepts proposed in KAOS (Keep All Objectives Satisfied) and STS. We illustrate our methodology using a scenario specific to the IRHEDO2 project. Finally, we evaluate our methodology using: 1) an e-commerce enterprise case study; 2) a new scenario specific to the IRHEDO2 project.
La construction de réseaux sécurisés est à la fois une étape cruciale et complexe pour toute organisation. Traditionnellement, cette tâche couvre les aspects architecturaux en proposant une segmentation du réseau où des règles de sécurité différentes sont appliquées à chaque zone ; elle couvre également la sécurisation des équipements d'extrémité exploités par des utilisateurs et apporte ainsi des garanties sécuritaires pour les informations transférées sur les liaisons de communication. Le plus souvent, les aspects sécurité réseau sont pris en compte après la conception du réseau et donc tardivement. Ceci se traduit inéluctablement par une augmentation de la complexité et des coûts pour prendre en compte les modifications nécessaires qui doivent alors être apportées. À cet égard, les exigences de sécurité revêtent une importance primordiale, car elles guident les décisions relatives à la mise en œuvre des contrôles de sécurité réseau (ex. Firewalls et proxies sécurité, VPN) répondant aux besoins de l'entreprise. En effet, de mauvaises exigences en matière de sécurité réseau peuvent conduire à une sécurité inefficace voire à des failles de sécurité dans la conception de la sécurité du réseau. Cependant, les méthodologies d'ingénierie des exigences de sécurité actuelles ne permettent pas de déduire les exigences de sécurité réseau. Ce travail de thèse fait partie du projet de recherche DGA IREDHO2 (Intégration REseau Haut Débit Embarqué Optique 2ème phase) qui concerne en particulier les réseaux avioniques du futur. Ce travail est le résultat d'une collaboration menée avec la société AIRBUS GROUP. Il a pour objectif de proposer une méthodologie d'ingénierie des exigences de sécurité pour capturer, exprimer et analyser les exigences de sécurité réseau, afin de pouvoir les dériver et gérer l'application de configurations réseau dans une approche "Top Down". La complexité adressée vient à la fois des différences de point de vue : i) en regard de la compréhension de la problématique de la sécurité par les différentes parties prenantes, ii) de la nature des systèmes impactés et iii) de la variabilité des niveaux d'abstraction retenus dans le cycle de développement réseau. Dans ce travail, nous avons défini une méthode qui s'appuie sur les niveaux d'abstraction proposés par la méthode SABSA (Sherwood Applied Business Security Architecture) afin de décomposer les exigences de sécurité métier en exigences de sécurité techniques. En effet, SABSA préconise l'étude de vues Métier (décisionnaire), Architecte (objectifs, risques, processus, applications, interactions), Concepteur (services de sécurité), Constructeur de réseau (mécanismes de sécurité) et Composants (produits, outils, technologies, etc.). Les vues Métier et Architecte sont exprimées dans le formalisme STS (Social Technical Systems).
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tel-02896486 , version 1 (10-07-2020)

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  • HAL Id : tel-02896486 , version 1

Cite

Sravani Teja Bulusu. Méthodologie d'ingénierie des exigences de sécurité réseau. Génie logiciel [cs.SE]. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2019. Français. ⟨NNT : 2019TOU30084⟩. ⟨tel-02896486⟩
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