SSR平成28年度成果報告会クラウドを含む複雑なネットワークシステムのためのパターンを中心としたセキュリティ＆プライバシ知識の扱い

クラウドを含む複雑なネットワークシス
テムのためのパターンを中心としたセ
キュリティ＆プライバシ知識の扱い
鷲崎弘宜（早稲田大学 / 国立情報学研究所 /
システム情報）
http://www.washi.cs.waseda.ac.jp/?page_id=3756
メンバ: 大久保隆夫（情セ大）、小形真平（信大）、海谷治
彦（神大）、櫨山淳雄（学芸大）、吉岡信和（NII）、鹿糠秀行
・吉野雅之・山本暖（日立）、加藤岳久（東芝）、田中昂文（
農工大）、E. Fernandez（FAU）、Y. Guéhéneuc・F. Khomh（
Poly Montreal）
SSR平成28年度成果報告会@NII、2017年6月27日

2
日本経済新聞 2016年11月2日
日本は優れ
た技術を持ち
ながら世界の
スピードに追
い付けていな
い
世界に何を
学び、日本
のどの強み
を伸ばすべ
きか
ソフトの総合
的な品質評
価が必要
データ＋経験則
パターン大事ソフト開発の人
材づくりが重要
ビジネス、
システムも
含めた捉
え方
世界のソフト
ウェア開発の
潮流はアジャ
イル開発
IoT時代のセ
キュリティ、プ
ライバシは重
要な研究課題

調査研究の全体像
• A. セキュリティパターン研究サーベイ
• B. 多層メタモデル＆ビュー
• C. 適用事例: モバイルクラウドアプリケーション
• D. 新パターン化・関連付けに向けた脆弱性記述解析
3
脆弱性、
対策パターン
メタモデル
知識ベース分解・体系化
クラウドクラウド
分散処理分散処理
ソフトウェアシステムの
分析・設計・実装
統合適用・検証
報告・公開
新・攻撃
A
B
C
D

クラウドを含む複雑なネットワークシステムと
セキュリティ＆プライバシ（S&P）
• 集中管理、外的要因の変化や増大、多様な接続・環境
– 攻撃やデータ漏洩等のリスク増大
4
• 知識や過去のモデル活用による効率的・効果的組み入れ
– 課題1: 扱い未整理 ⇒ A. セキュリティパターン研究サーベイ
– 課題2: 既存知識の一貫性、網羅性、利便性のバランスの難しさ
⇒ B. 階層化メタモデルとビュー
– 課題3: 新脆弱性へのAdhoc対応や脆弱性・対策の人手関連付
け ⇒ D. 新パターン化・関連付けに向けた脆弱性記述解析
パターンパターン
脆弱性脆弱性

目次
• 背景と問題提起
• C. S&P開発プロセスとケーススタディ
• D. 新パターン化・関連付けに向けた脆弱性記
述解析
• まとめと展望
5

• 特定の文脈上で頻出のセキュリティ問題と対応する解
決策・経験をまとめたもの
➢ 名前: Role-Based Access Control (RBAC)
➢ 問題: How do we assign rights to people based on their functions or
tasks?
➢ 解決: Assign users to roles and give rights to these roles so they
can perform their tasks.
➢ 関連パターン: Authorization, ...
User
id
name
ProtectionObject
id
name
* *Authorization_rule
Right
access_type
predicate
copy_flag
checkRights
Role
id
name
**MemberOf
セキュリティパターン

A. セキュリティパターン研究の
体系的文献調査（SLR）
1. 範囲の決定
2. 文献検索: Scopus (ACM, IEEEほか）、
“security pattern”
3. 500+ から研究・実践論文 216 に絞り込み（
パターンそのものの提案を除外）
4. データ抽出と分析: 年、内容、パターンの種別
、モデリング手法、検証有無、ツール化有無、
対象工程など
7

セキュリティパタ
ーン研究傾向
（Top50・’05～’14に絞った場合）
8
[PLoP’15] Systematic Mapping of Security Patterns Research, Conf. Pattern Languages of Programs Conference
Application
46%
Case
studies
13%Modeling
7%
Detection
7%
Validation
7%
Selection
7%
Others
13%

モデリング記法と評価実験
（Top50・’05～’14に絞った場合）
9
[PLoP’15] Systematic Mapping of Security Patterns Research, Conf. Pattern Languages of Programs Conference

得られつつある知見
• 扱うセキュリティパターン
は認証・認可系に集中
• 設計工程、実装工程の
研究が大多数
• 形式化・モデリング記法は
UMLが大多数
• 適用手法・実践多数、未
評価の研究が半数程度
10
• 様々なパターンの実践と
研究に期待
• 工程を超えてパターン群
を扱える基盤の必要性
• UMLで整理可、用途次第
で他の形式化期待
• 評価検証の在り方の研
究不可欠
現状期待

目次
述解析
11

B. S&P知識の階層化メタモデル＋ビュー
• 多様な知識の一貫した扱い
• レイヤ/種別パッケージング
• 想定プロセス: 検討・実現
• 用途ごとの典型ビュー
12
Platform
(プラットフォーム)
Problem
(問題)
Bridge
(ブリッジ)
Solution
(解決)Target
(対象)
Application
(アプリケーション)
Infrastructure
(インフラ)
脆弱性
ビュー
パターン
ビュー
問題検討
解決適用

階層化メタモデル「6+1 Pieces」全体像
13
Problem (問題) Bridge (ブリッジ) Solution (解決)
Application
(アプリケーション)
Platform
(プラットフォーム)
Infrastructure
(インフラ)
Target (対象)

脆弱性ビュー
• 脆弱性情報データベース（Common Vulnerabilities
and Exposures: CVE https://cve.mitre.org/ など）
• 脆弱性のモデル化・整理、対策検討

脆弱性ビューの利用例: XSS
CVE-2012-4394
Cross-site scripting (XSS) vulnerability in apps/files/js/filelist.js
in ownCloud before 4.0.5 allows remote attackers to inject
arbitrary web script or HTML via the file parameter.

パターンビュー
• セキュリティ＆プライバシパターンや関連対策のモデ
ル化・整理、組み入れ検討

パターンビューの利用例: 対策としてのセキュリテ
ィパターンモデル化・設計組み入れ
XSS等のデータ
インジェクション
系に対して
Session Fixation
Vulnerability
に対して
Validatorパターン
Check Pointパターン

<<Authenticator.Subject>>
Employee
id
name
Employee
id
name
Authenticator
Proof_of_Identify
Authentication
Information
Patient
id
name
Helper def : SubjectName :
String = ’Employee’ <<creates>>
適用パラメータ
モデル変換によるパターン適用
Patient
id
name
[PLoP’10] “Model-Driven Security Patterns Application and Validation, Conf. Pattern Languages of Programs Conference
Authenticatorパターン
Subject
Authenticator
Authentication
Information
Proof_of_Identify
<<creates>>
rule SubjectClass {
from s : UML!Class (s.isSbj())
to t : UML!Class (
stereotype <- st),
-- add stereotype
st : UML!Stereotype (
name <- ‘AuthenticatorSubject',
baseClass <- 'Class'),
-- add Authenticator class
authenticator : UML!Class (
name <- “Authenticator”,
Subject
• モデル変換言語 ATL（eclipse.org/atl）によるマッピング例

目次
述解析
19

C. セキュリティ&プライバシ開発プロセス
20
S&P
要求分析
S&P
要求分析
S&P
設計
S&P
設計
S&P
テスト
S&P
テスト
S&P
実装
S&P
実装
要求
メタモデル
知識ベース
脅威
分析
STRIDE
モデル
脆弱性
識別
S&P
対策
検証・
妥当性
確認
コードテスト
ケース
モデル
脆弱性
モデル
パターン
モデル

ケーススタディ:
Treasure Hunting Game
• プラットフォーム: Android + AWS Mobile Hub
21

要求分析（特にセキュリティ面）
• STRIDEに基づく脅威・脆弱性分析
• 対応するパターンおよび解決策検討
Elevation of privilege（権限昇格）
Spoofing（なりすまし）
Tampering（改ざん）
Repudiation（否認）
Information disclosure（情報漏えい）
Denial of service（サービス拒否）
問題パターン解決例ゴールアンチゴール

設計（特にセキュリティ面）
• Authenticatorパターン --Start Game
Before: Input user name to start
With pattern: Have to sign up and sign in online
• Authorizationパターン--Check user’s
information
Before: Can check any user’s data by input name
With pattern: Can only check specified user’s data

目次
述解析
26

CVE脆弱性記述の分析
• 主語…製品名、場所、脆弱性名称 in~・before~…製品情報
• (when~…状況動詞句…脆弱性原因)
• allow・make it easier for <ユーザ>…ユーザの種類
• to~…想定される攻撃 via~・by~…攻撃に使われる因子
Cross-site scripting (XSS) vulnerability in settings.php in
ownCloud before 4.0.12 and 4.5.x before 4.5.7 allows
remote administrators to inject arbitrary web script or
HTML via the group input field parameter.
Via/By
a brute force attack
crafted packets
…
to
to inject arbitrary web
script or HTML
to execute SQL
commands
to cause denial of
services
…
User
remote attackers
remote
authenticated
users
Local users
…
Version/Product
IBM
OwnCloud
RedHat
…
Vulneraviliry
XSS
SQL
Open Redirect
Session fixability
…
CVE-ID:CVE-2013-0307, CWE-ID: CWE-79

脆弱性・対策関連付けと新パターン化に向けて
to~ 想定される
攻撃
User
Vulnerability
Via/By 因子
SQL injection
vulnerability
Cross-site
scripting(XSS)
to inject arbitrary
web script or HTML
to execute arbitrary
SQL commands
to gain privileges
CWE-79
CWE-89
CWE-89
via ~ parameter
remote attackers
remote
authenticated users
クラスタ分析
関連付け
Validator
パターン

目次
述解析
29

まとめ
• C. 適用事例: モバイルクラウドアプリケーション
• D. 新パターン化・関連付けに向けた脆弱性記述解析
30
脆弱性、
対策パターン
メタモデル
知識ベース分解・体系化
分散処理分散処理
ソフトウェアシステムの
分析・設計・実装
統合適用・検証
報告・公開
新・攻撃
A
B
C
D

2016年度実績（関連するものを含む）
• 論文誌、雑誌記事
• E. B. Fernandez, N. Yoshioka, H. Washizaki, et al., “Modeling and Security in Cloud
Ecosystems,” Future Internet, Vol. 8, No. 2, pp.1-15, 2016
• M. Yoshizawa, H. Washizaki, Y. Fukazawa, T. Okubo, H. Kaiya and N. Yoshioka, “Implementation
Support of Security Design Patterns Using Test Templates,” Information, Special Issue on Evaluating
the Security of Complex Systems, Vol.7, No.2(34), pp.1-19, 2016
• H. Washizaki, “Pitfalls and Countermeasures in Software Quality Measurements and Evaluations,”
Advances in Computers, Vol. 106, Elsevier, 2017.
• 鷲崎弘宜, “実践的ソフトウェア品質測定評価のための4つの「落とし穴」と 7つの「コツ」: ゴール指向、不
確実性、機械学習、実態調査ほか”, 品質, Vol.46, No.3, pp.137-140, 品質管理学会, 2016
• 国際会議
• H. Washizaki, S. Fukumoto, M. Yamamoto, M. Yoshizawa, Y. Fukazawa, S. Ogata, E. B. Fernandez, N.
Yoshioka, T. Kato, H. Kaiya, H. Kanuka, Y. Kondo, T. Okubo, A. Hazeyama, “A Metamodel for Security
and Privacy Knowledge in Cloud Services,” 12th IEEE World Congress on Services, 2016
• A. Hazeyama, H. Washizaki, N. Yoshioka, H. Kaiya, T. Okubo, “Literature Survey on Technologies for
Developing Privacy-aware Software,” 3rd International Workshop on Evolving Security and Privacy
Requirements Engineering (ESPRE), co-located with the RE’16, 2016
• Hironori Washizaki, “TESEM: A Tool for Verifying Security Design Pattern Applications,” Invited Talk,
3rd International Workshop on Software Test Architecture (InSTA), co-located with ICST 2016
• 国内会議ほか
– 櫨山淳雄, 鷲崎弘宜ほか, “プライバシーを考慮したソフトウェア開発技術の文献に基づく動向調査”, 人工
知能学会知識流通ネットワーク研究会, 2016
– 櫨山淳雄, 宮原光, 田中昂文, 橋浦弘明, 鷲崎弘宜, 吉岡信和, 海谷治彦, 大久保隆夫, ソフトウェアセキ
ュリティ知識ベースを活用したセキュリティ要求分析からセキュリティ設計を支援するシステムの提案, 情
報処理学会第79回全国大会, 2017年3月．
– 田中昂文, 櫨山淳雄, 鷲崎弘宜, 吉岡信和, “セキュリティ知識ベースと事例ベースを活用したセキュリテ
ィ要求分析・設計支援システムの提案”, 2017年電子情報通信学会総合大会
31

展望: 技術とコミュニティ
32
SSR'16
SSR'15
科研費基盤B Trace-ANY'16-'20
電気通信普及財団TAF'17
テレコムSCAT 17-'19
解析・追跡
クラウド・IoT
トラスト
コンテキスト1
コンテキストを超えたサービス
直接のトラスト
コンテキスト内で
閉じたサービス
プライバシ
コンテキスト2
必要なセキュリティ
コンソーシアム（仮）
コミュニティ

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