Masterthesis: Entwicklung einer flexiblen Sicherheitsarchitektur

[Emmanuel]

Hallo zusammen,

das System Security Lab der TU Darmstadt bietet zwei neue Masterarbeiten für Studenten die sich in ihrer Abschlussarbeit gerne mit Sicherheitsarchitekturen beschäftigen wollen.
(https://www.informatik.tu-darmstadt.de/ ... dex.en.jsp)

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Thema 1: Entwicklung der Hardwarekomponenten einer flexiblen Sicherheitsarchitektur

Hintergrund
Moderne Computersysteme wie mobile Endgeräte, IoT-Geräte oder auch Cloud-Systeme, enthalten Anwendungen von einer Vielzahl an unterschiedlichen Anbietern. Der Bedarf dieser Anwendungen an Systemressourcen (Speicher, Rechenleistung oder auch Zugriffe auf Peripheriegeräte wie Sensoren und Aktuatoren) und das Vertrauen der Endnutzer und Gerätehersteller in diese schwankt von Anwendung zu Anwendung. Viele Anwendungen enthalten sensible Daten der Nutzer oder der Anbieter selbst, die vor unerlaubten Zugriffen geschützt werden müssen. Heutige Sicherheitsarchitekturen bieten jedoch keine ausreichend flexible Separierung von Anwendungen unterschiedlicher Anbieter. Sicherheitslücken einer Anwendung können so häufig die Sicherheit des gesamten Systems gefährden. Ziel ist es daher, eine Sicherheitsarchitektur zu entwickeln, welche es erlaubt, Sicherheitsdomänen für unterschiedliche Anbieter aufzusetzen und diese auf die Bedürfnisse des Anbieters anzupassen. Enthält der Programmcode in einer Domäne eine Schwachstelle, so soll dies nicht die anderen Sicherheitsdomänen gefährden. Die Isolation der Sicherheitsdomänen soll dabei in Hardware durchgesetzt werden und es so erlauben, auch vor starken Angreifern, welche bereits das Betriebssystem kompromittiert haben, zu schützen.

Aufgabe
Im Rahmen dieser Masterthesis sollen Konzepte entwickelt werden, wie die benötigten Isolationsmechanismen, mit möglichst wenig Aufwand und möglichst geringem Einfluss auf die Performanz des Systems, in Hardware realisiert werden können. Im Anschluss sollen die Konzepte auf einer RISC-V Architektur in Simulation umgesetzt und evaluiert werden.

Erforderliche Voraussetzungen
• Erfahrung mit dem Entwurf digitaler Schaltungen
• Erfahrung mit Hardwarebeschreibungssprachen
• Kenntnisse über Busarchitekturen und Protokolle (AMBA)
• Motivation & selbstständiges Arbeiten

Wünschenswerte Voraussetzungen
• IT-Sicherheit Grundwissen
• Kenntnisse über Cache-Architekturen
• Erfahrung mit RISC-V
• Programmierkenntnisse in Scala/Chisel


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Thema 2: Entwicklung der Softwarekomponenten einer flexiblen Sicherheitsarchitektur

Hintergrund
Moderne Computersysteme wie mobile Endgeräte, IoT-Geräte oder auch Cloud-Systeme, enthalten Anwendungen von einer Vielzahl an unterschiedlichen Anbietern. Der Bedarf dieser Anwendungen an Systemressourcen (Speicher, Rechenleistung oder auch Zugriffe auf Peripheriegeräte wie Sensoren und Aktuatoren) und das Vertrauen der Endnutzer und Gerätehersteller in diese schwankt von Anwendung zu Anwendung. Viele Anwendungen enthalten sensible Daten der Nutzer oder der Anbieter selbst, die vor unerlaubten Zugriffen geschützt werden müssen. Heutige Sicherheitsarchitekturen bieten jedoch keine ausreichend flexible Separierung von Anwendungen unterschiedlicher Anbieter. Sicherheitslücken einer Anwendung können so häufig die Sicherheit des gesamten Systems gefährden. Ziel ist es daher, eine Sicherheitsarchitektur zu entwickeln, welche es erlaubt, Sicherheitsdomänen für unterschiedliche Anbieter aufzusetzen und diese auf die Bedürfnisse des Anbieters anzupassen. Enthält der Programmcode in einer Domäne eine Schwachstelle, so soll dies nicht die anderen Sicherheitsdomänen gefährden. Die Isolation der Sicherheitsdomänen soll dabei in Hardware durchgesetzt werden und es so erlauben, auch vor starken Angreifern, welche bereits das Betriebssystem kompromittiert haben, zu schützen.

Aufgabe
Im Rahmen dieser Masterthesis sollen Konzepte entwickelt werden, wie die flexiblen Sicherheitsdomänen in Software umgesetzt und verwaltet werden können. Die benötigten Isolationsmechanismen in Hardware werden dabei als gegeben angenommen. Im Anschluss sollen die Konzepte auf einem RISC-V Prozessor implementiert und evaluiert werden.

Erforderliche Voraussetzungen
• Programmierkenntnisse in C/C++ und Assembler
• Kenntnisse über Betriebssysteme (memory management, exception handling, I/O, etc.)
• IT-Sicherheit Grundwissen
• Interesse an hardwarenaher Programmierung
• Motivation & selbstständiges Arbeiten

Wünschenswerte Voraussetzungen
• Kenntnisse über den Linux Kernel
• Erfahrung mit RISC-V


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Bei Interesse an der Masterthesis genügt eine Bewerbung (Lebenslauf, Zeugnisse, aktuelle Leistungsübersicht) via Mail an:
emmanuel.stapf@trust.tu-darmstadt.de

Viele Grüße
Emmanuel