BIN432: Sichere Ausführungsumgebungen

Wahlpflicht-Module

BIN432: Sichere Ausführungsumgebungen

Kurzporträt BIN432: Sichere Ausführungsumgebungen
Worum geht es? Sichere Ausführungsumgebungen begrenzen Rechte, Ressourcen und Kommunikationsmöglichkeiten von Software. Das Modul untersucht, wie Prozesse, Anwendungen und Dienste durch Sandboxes, Container, virtuelle Maschinen und weitere Schutzmechanismen voneinander isoliert werden. Studierende setzen ausgewählte Maßnahmen praktisch um und prüfen ihre Wirkung.
Wofür braucht man es? Moderne Anwendungen bestehen aus vielen Komponenten, die einander nicht uneingeschränkt vertrauen dürfen. Die Kompetenzen werden benötigt, um Sicherheitsgrenzen zu entwerfen, Fehlkonfigurationen zu erkennen und Angriffe oder Fehler auf einzelne Komponenten zu begrenzen.
Wieso ist es interessant? Isolation macht abstrakte Sicherheitsprinzipien praktisch sichtbar. Das Modul zeigt, wie Berechtigungen, Container, virtuelle Maschinen und Härtung zusammenwirken und warum eine scheinbar kleine Konfiguration über die Sicherheit eines Gesamtsystems entscheiden kann.
Modulverantwortung

Prof. Dr.-Ing. Martin Grothe

Lehrperson(en)

Prof. Dr.-Ing. Martin Grothe

Verwendbarkeit

Bachelor Informatik

Fächergruppe

Informatik

Modultyp
Wahlpflicht
Sprache

Deutsch

Angebot

Wintersemester

Dauer

1 Semester

Credits

5 ECTS

Benotung

Deutsche Notenskala 1-5

SWS

2 V | 2 Ü | - P | - S

Workload
Präsenzstudium: 45 Std. Selbststudium: 90 Std.
Engl. Titel

Secure Execution Environments

Empfohlene Voraussetzungen
  • BIN008: Grundlagen der IT-Sicherheit: Bedrohungsmodelle, Schutzmaßnahmen, Sicherheitsziele.
  • BIN005: Systemsoftware: Betriebssysteme, Prozesse, Rechte.
  • BIN007: Datennetze: Protokolle, IP-Netze, Netzwerkdienste.
  • BIN431: Angewandte Kryptografie: Schlüssel, Authentisierung, Integrität.
Lernergebnisse / Kompetenzen
WAS

Mit erfolgreichem Abschluss des Moduls sind die Studierenden in der Lage, für ein gegebenes Bedrohungsmodell eine geeignete sichere Ausführungsumgebung zu entwerfen, umzusetzen und hinsichtlich ihrer Isolation und Widerstandsfähigkeit zu bewerten.

WOMIT

Die Studierenden erreichen dieses Lernergebnis, indem sie

  • Schutzgüter, Angreifermodelle, Systemgrenzen, Vertrauensbeziehungen und Angriffsflächen erfassen,
  • Bedrohungsmodelle erstellen und Anforderungen an Isolation, Zugriffskontrolle, Kommunikation und Überwachung ableiten,
  • prozessbasierte Isolation, Sandboxes, Container, virtuelle Maschinen und hardwareunterstützte Mechanismen vergleichen,
  • Isolationstechnologien und Sicherheitsmechanismen für konkrete Szenarien auswählen und begründen,
  • sichere Ausführungsumgebungen mit minimalen Berechtigungen, Zugriffskontrollen und Ressourcenbeschränkungen aufbauen,
  • Demonstratoren zur Isolation von Anwendungen und Diensten entwickeln,
  • Konfigurationen auf typische Fehler untersuchen und ausgewählte Angriffe gegen Ausführungsumgebungen kontrolliert nachvollziehen,
  • Härtungsmaßnahmen durch Sicherheits-, Fehler- und Angriffstests überprüfen.
WOZU

Die Studierenden nutzen diese Kompetenzen, um Software und vernetzte Systeme durch nachvollziehbare Vertrauensgrenzen gegen Fehlfunktionen, unberechtigte Zugriffe und Angriffe abzusichern. Das Modul schafft Grundlagen für ethisches Hacken, digitale Forensik und das Capstone-Projekt IT-Sicherheit.

Inhalte
  • Schutzgüter, Sicherheitsziele, Angreifer- und Vertrauensmodelle
  • Isolation, Defense in Depth, Least Privilege und Zero-Trust-Grundlagen
  • Bedrohungsmodellierung, System- und Datenflussanalyse
  • Isolation auf Betriebssystemebene, Berechtigungen, Capabilities und Systemaufrufbeschränkungen
  • Sandbox-, Container- und VM-basierte Isolation
  • Hardwareunterstützte Sicherheit, Virtualisierung, Secure Boot und TPM
  • Authentisierung, Autorisierung, Dienstidentitäten, Geheimnisverwaltung und Netzwerksegmentierung
  • Systemhärtung, sichere Konfiguration, Patch-/Update-Management und Überwachung
  • Sichere Integration vernetzter und eingebetteter Systeme
  • Schwachstellen, Fehlkonfigurationen und Angriffe auf Ausführungsumgebungen
  • Sicherheits- und Negativtests, Konfigurationsanalyse und Risikodokumentation
Prüfungsvorleistung

Keine angegeben.

Prüfungsleistung

Studien- oder Projektarbeit. Das Prüfungskonzept ist als Projektarbeit mit technischer Dokumentation und individuellem Fachgespräch (20 Minuten) ausgestaltet. Die Studierenden entwerfen und realisieren für ein vorgegebenes Anwendungsszenario eine sichere Ausführungsumgebung und überprüfen deren Wirksamkeit anhand definierter Tests.

Literatur
  • Ross Anderson: Security Engineering. 3. Auflage, Wiley, 2020.
  • Matt Bishop: Computer Security: Art and Science. 2. Auflage, Addison-Wesley, 2018.
  • William Stallings, Lawrie Brown: Computer Security: Principles and Practice. 4. Auflage, Pearson, 2018.
  • Liz Rice: Container Security. O’Reilly, 2020.
  • Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik: IT-Grundschutz-Kompendium. BSI, aktuelle Fassung.
  • National Institute of Standards and Technology: Application Container Security Guide. NIST SP 800-190, 2017.