Análise de Políticas de Controle de Acesso Baseado em Papéis

128 Pages·2012·1.91 MB·Portuguese

by  Eduardo Takeo Ueda

Eduardo Takeo Ueda
Análise de Políticas de Controle de Acesso
Baseado em Papéis com Rede de Petri
Colorida
Tese apresentada à Escola Politécnica
da Universidade de São Paulo para
obtenção do Título de Doutor em
EngenhariaElétrica.
SãoPaulo
2012
Eduardo Takeo Ueda
Análise de Políticas de Controle de Acesso
Baseado em Papéis com Rede de Petri
Colorida
Tese apresentada à Escola Politécnica
da Universidade de São Paulo para
obtenção do Título de Doutor em
EngenhariaElétrica.
Áreadeconcentração:
Engenharia de Computação e Sistemas
Digitais
Orientador:
Prof. Dr. Wilson Vicente Ruggiero
SãoPaulo
2012
Este exemplar foi revisado e alterado em relação à versão original, sob
responsabilidade única do autor e com a anuência de seu orientador.

São Paulo, 20 de julho de 2012.

Assinatura do autor ___________________________________

Assinatura do orientador ______________________________

FICHA CATALOGRÁFICA

Ueda, Eduardo Takeo
Análise de políticas de controle de acesso baseado em
papéis com rede de Petri colorida / E.T. Ueda. -- ed.rev. -- São
Paulo, 2012.
112 p.

Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de
São Paulo. Departamento de Engenharia de Computação e Sis-
temas Digitais.

1. Redes de Petri 2. Políticas de controle de acesso I. Univer-
sidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Enge-
nharia de Computação e Sistemas Digitais II. t.
DEDICATÓRIA
ACarlAdamPetri(1926−2010),cujavaliosacontribuição
àciênciapermitiuarealizaçãodestapesquisa.
AGRADECIMENTOS
Àminhafamília–paiseirmãos–pelocarinho,apoioecompreensãodurantetodos
osmomentosdeminhavida.
Ao meu orientador, Prof. Dr. Wilson Vicente Ruggiero, por acreditar na minha
capacidade,pelaexcelenteorientação,pormeensinartantoaolongodosúltimosanos,
eprincipalmentepelaamizade.
Aos professores Paulo Sérgio Licciardi Messeder Barreto e Graça Bressan, pelas
valiosascríticasesugestõesduranteoprocessodequalificaçãodedoutorado.
A todos os professores, alunos e funcionários do Laboratório de Arquitetura e
Redes de Computadores (LARC), por me proporcionarem participar de um ambiente
dealtíssimoconhecimentocientíficoetecnológico.
Aos meus amigos Claudia de Oliveira Melo, Thiago Carvalho de Sousa e Percy
Javier Igei Kaneshiro, por todas as discussões referentes a meu doutorado, acrescidas
muitasvezescomimportantespausasparaum“cafezinho”.
Ao Michael Westergaard, principal desenvolvedor da ferramenta CPN Tools, pela
valiosatrocadeconhecimentosobremodelagemcomrededePetricolorida.
AoConselhoNacionaldeDesenvolvimentoCientíficoeTecnológico(CNPq),pela
concessãodabolsadedoutoradoepeloapoiofinanceiroemtodasasminhasatividades
depesquisaduranteoprogramadepós-graduação.
Por fim, a todos que porventura deixei de mencionar mas que contribuíram direta
ouindiretamenteparaqueeupudesseterêxitonaconclusãodestatesededoutorado.
RESUMO
Controle de acesso é um tópico de pesquisa importante tanto para a academia quanto
para a indústria. Controle de Acesso Baseado em Papéis (CABP) foi desenvolvido no
início dos anos 1990, tornando-se um padrão generalizado para controle de acesso em
váriosprodutosesoluçõescomputacionais. EmboramodelosCABPsejamlargamente
aceitoseadotados,aindaexistemquestõespararesponder. Umdosprincipaisdesafios
de pesquisa em segurança baseada em papéis é determinar se uma política de controle
deacessoéconsistenteemumambientealtamentedinâmico. Nossapesquisavisapre-
encher essa lacuna fornecendo um método para analisar políticas CABP com respeito
a dois aspectos significativos: segurança e dinamismo envolvendo papéis e objetos.
Para este propósito, desenvolvemos um modelo de descrição e simulação de política
usando rede de Petri colorida e CPN Tools. O modelo descreve e é capaz de simular
vários estados CABP em um contexto de educação a distância típico. Usando este
modelo,foipossívelanalisaroespaçodeestadosproduzidopelarededePetricolorida
em um cenário dinâmico envolvendo a criação de novos papéis e objetos. O resultado
da análise de alcançabilidade da rede de Petri da política demonstrou que é possível
verificaraconsistênciadepolíticasdecontroledeacessoconsiderandoadinamicidade
de papéis e objetos, e apontou vantagens de aplicabilidade da modelagem de políticas
desegurançaemambientesdistribuídosutilizandorededePetricolorida.
Palavras-chave: Políticas de Segurança, Controle de Acesso Baseado em Papéis,
RededePetriColorida,Modelagem,Simulação.
ABSTRACT
Access control is an important research topic both for academia and industry. Role
BasedAccessControl(RBAC)wasdevelopedintheearly1990s,becomingageneral-
ized standard of access control for many products and computing solutions. Although
RBACmodelshavebeenwidelyacceptedandadopted,thereareissuestoanswer. One
ofthekeychallengesforrole-basedsecurityresearchistocharacterizewhetheranac-
cess control policy is consistent in a highly dynamic environment. Our research aims
filling this gap providing a method to analyze RBAC policies with respect to two sig-
nificant aspects: security and dynamics involving roles and objects. For this purpose,
we developed a policy description and simulation model using colored Petri net and
the CPN Tools. The model describes and is capable to simulate many RBAC states
in a typical distance education context. Using this model it was possible to analyze
the state space provided by colored Petri net that simulates a dynamic environment
and the creation of new roles and objects. The result of the reachability analysis of
Petri net policy showed that it is possible to check the consistency of access control
policies considering dynamic of roles and objects, and point out the advantages and
applicability of modeling security policies in distributed environments using colored
Petrinet.
Keywords: Security Policies, Role Based Access Control, Colored Petri Net, Mod-
elling,Simulation.
Lista de Figuras
1.1 PrincipaisEtapasdaPesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 ElementosdoModeloRBAC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2 DistribuiçãodasAbordagensporAno . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1 MarcaçãoinicialdarededePetri . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2 RededePetriduranteumdisparo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.3 RededePetriapósumdisparo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.4 RededePetricolorida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.5 InterfacedaferramentaCPNTools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6 Seleçãodemúltiplosde2,3e6–Estadoinicial . . . . . . . . . . . . 35
3.7 Seleçãodemúltiplosde2,3e6–Estadofinal . . . . . . . . . . . . . 36
3.8 RededePetricoloridadeumaFilaLimitada . . . . . . . . . . . . . . 37
3.9 DeclaraçãodecoresevariáveisparaaFilaLimitada . . . . . . . . . . 38
3.10 SimulaçãodarededePetricoloridadeumaFilaLimitada . . . . . . . 38
3.11 RededePetrideumaFilaLimitada–Versão2 . . . . . . . . . . . . . 40
3.12 DeclaraçãodecoresevariáveisparaaFilaLimitada–Versão2 . . . . 41
3.13 SimulaçãodarededePetricoloridadeumaFilaLimitada–Versão2 . 42
3.14 Espaçodeestadoscom2usuáriosnafila . . . . . . . . . . . . . . . . 43
3.15 Estadosemqueousuário1ocupaoservidor1 . . . . . . . . . . . . . 44
3.16 Usuário1nuncaocupaoservidor2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.17 Estadosemqueosusuários1e2estãojuntos . . . . . . . . . . . . . 45
3.18 Espaçodeestadoscom3usuáriosnafila . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3.19 Workflowdeumaconferência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.20 DeclaraçãodecoresevariáveisparaoWorkflow . . . . . . . . . . . . 49
3.21 SubPageEvaluationdoWorkflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.22 Detecçãodeinconsistência . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.23 Representaçãode3nósdoespaçodeestadosquesatisfazemaconsulta
daFigura3.22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.24 Workflowdeumaconferênciacomregradeautorização . . . . . . . . 51
3.25 Inconsistênciacorrigida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
3.26 EstadofinaldoWorkflowdaconferênciacom10submissões . . . . . 52
5.1 ModelodeDados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.2 TokensColoridosdaRededoWorkflow . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.3 VariáveisdaRededoWorkflow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.4 ParâmetrosconstantesdaRededoWorkflow . . . . . . . . . . . . . . 73
5.5 FunçõesDefinidasnaRededoWorkflow . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.6 WorkflowdoCenárioEducacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.7 MóduloRequestOffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.8 MóduloRegisterStudent . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.9 MóduloAttendClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.10 MóduloCloseClass . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.11 MóduloTakeExam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.12 MóduloCloseExam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.13 MóduloEvaluateExam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.14 MóduloCloseOffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.15 EstadoFinaldoWorkflowdoCenárioEducacional . . . . . . . . . . 81
6.1 VerificaçãodePropriedadenaModelagem . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.2 ConsultaparadeterminarconflitoentreProfessoreAluno . . . . . . . 89
6.3 ConsultaparadeterminarautorizaçãonãopermitidadopapelMonitor 89
6.4 Dinamicidadecomumnovopapelouvinte . . . . . . . . . . . . . . . 91
6.5 MóduloTakeExamcompapelOuvinte . . . . . . . . . . . . . . . . 92
6.6 ConsultaparadeterminarconflitoentreProfessoreOuvinte . . . . . . 92
6.7 ConsultaparadeterminarautorizaçãonãopermitidadopapelOuvinte 93