004 Datenverarbeitung; Informatik
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Data-minimization and fairness are fundamental data protection requirements to avoid privacy threats and discrimination. Violations of data protection requirements often result from: First, conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, data protection requirements for the organizational and technical aspects of a system that are currently dealt with separately, giving rise to misconceptions and errors. Third, hidden data correlations that might lead to influence biases against protected characteristics of individuals such as ethnicity in decision-making software. For the effective assurance of data protection needs,
it is important to avoid sources of violations right from the design modeling phase. However, a model-based approach that addresses the issues above is missing.
To handle the issues above, this thesis introduces a model-based methodology called MoPrivFair (Model-based Privacy & Fairness). MoPrivFair comprises three sub-frameworks: First, a framework that extends the SecBPMN2 approach to allow detecting conflicts between security, data-minimization and fairness requirements. Second, a framework for enforcing an integrated data-protection management throughout the development process based on a business processes model (i.e., SecBPMN2 model) and a software architecture model (i.e., UMLsec model) annotated with data protection requirements while establishing traceability. Third, the UML extension UMLfair to support individual fairness analysis and reporting discriminatory behaviors. Each of the proposed frameworks is supported by automated tool support.
We validated the applicability and usability of our conflict detection technique based on a health care management case study, and an experimental user study, respectively. Based on an air traffic management case study, we reported on the applicability of our technique for enforcing an integrated data-protection management. We validated the applicability of our individual fairness analysis technique using three case studies featuring a school management system, a delivery management system and a loan management system. The results show a promising outlook on the applicability of our proposed frameworks in real-world settings.
Nowadays, almost any IT system involves personal data processing. In
such systems, many privacy risks arise when privacy concerns are not
properly addressed from the early phases of the system design. The
General Data Protection Regulation (GDPR) prescribes the Privacy by
Design (PbD) principle. As its core, PbD obliges protecting personal
data from the onset of the system development, by effectively
integrating appropriate privacy controls into the design. To
operationalize the concept of PbD, a set of challenges emerges: First, we need a basis to define privacy concerns. Without such a basis, we are not able to verify whether personal data processing is authorized. Second, we need to identify where precisely in a system, the controls have to be applied. This calls for system analysis concerning privacy concerns. Third, with a view to selecting and integrating appropriate controls, based on the results of system analysis, a mechanism to identify the privacy risks is required. Mitigating privacy risks is at the core of the PbD principle. Fourth, choosing and integrating appropriate controls into a system are complex tasks that besides risks, have to consider potential interrelations among privacy controls and the costs of the controls.
This thesis introduces a model-based privacy by design methodology to handle the above challenges. Our methodology relies on a precise definition of privacy concerns and comprises three sub-methodologies: model-based privacy analysis, modelbased privacy impact assessment and privacy-enhanced system design modeling. First, we introduce a definition of privacy preferences, which provides a basis to specify privacy concerns and to verify whether personal data processing is authorized. Second, we present a model-based methodology to analyze a system model. The results of this analysis denote a set of privacy design violations. Third, taking into account the results of privacy analysis, we introduce a model-based privacy impact assessment methodology to identify concrete privacy risks in a system model. Fourth, concerning the risks, and taking into account the interrelations and the costs of the controls, we propose a methodology to select appropriate controls and integrate them into a system design. Using various practical case studies, we evaluate our concepts, showing a promising outlook on the applicability of our methodology in real-world settings.
Software systems have an increasing impact on our daily lives. Many systems process sensitive data or control critical infrastructure. Providing secure software is therefore inevitable. Such systems are rarely being renewed regularly due to the high costs and effort. Oftentimes, systems that were planned and implemented to be secure, become insecure because their context evolves. These systems are connected to the Internet and therefore also constantly subject to new types of attacks. The security requirements of these systems remain unchanged, while, for example, discovery of a vulnerability of an encryption algorithm previously assumed to be secure requires a change of the system design. Some security requirements cannot be checked by the system’s design but only at run time. Furthermore, the sudden discovery of a security violation requires an immediate reaction to prevent a system shutdown. Knowledge regarding security best practices, attacks, and mitigations is generally available, yet rarely integrated part of software development or covering evolution.
This thesis examines how the security of long-living software systems can be preserved taking into account the influence of context evolutions. The goal of the proposed approach, S²EC²O, is to recover the security of model-based software systems using co-evolution.
An ontology-based knowledge base is introduced, capable of managing common, as well as system-specific knowledge relevant to security. A transformation achieves the connection of the knowledge base to the UML system model. By using semantic differences, knowledge inference, and the detection of inconsistencies in the knowledge base, context knowledge evolutions are detected.
A catalog containing rules to manage and recover security requirements uses detected context evolutions to propose potential co-evolutions to the system model which reestablish the compliance with security requirements.
S²EC²O uses security annotations to link models and executable code and provides support for run-time monitoring. The adaptation of running systems is being considered as is round-trip engineering, which integrates insights from the run time into the system model.
S²EC²O is amended by prototypical tool support. This tool is used to show S²EC²O’s applicability based on a case study targeting the medical information system iTrust.
This thesis at hand contributes to the development and maintenance of long-living software systems, regarding their security. The proposed approach will aid security experts: It detects security-relevant changes to the system context, determines the impact on the system’s security and facilitates co-evolutions to recover the compliance with the security requirements.
Data flow models in the literature are often very fine-grained, which transfers to the data flow analysis performed on them and thus leads to a decrease in the analysis' understandability. Since a data flow model, which abstracts from the majority of implementation details of the program modeled, allows for potentially easier to understand data flow analyses, this master thesis deals with the specification and construction of a highly abstracted data flow model and the application of data flow analyses on this model. The model and the analyses performed on it have been developed in a test-driven manner, so that a wide range of possible data flow scenarios could be covered. As a concrete data flow analysis, a static security check in the form of a detection of insufficient user input sanitization has been performed. To date, there's no data flow model on a similarly high level of abstraction. The proposed solution is therefore unique and facilitates developers without expertise in data flow analysis to perform such analyses.
101worker is the modular knowledge engineering component of the 101companies project. It has developed maintainability and performance problems due to growing organically, rather than following best software design practices. This thesis lays out these problems, drafts a set of requirements for refactoring the system and then describes and analyzes the resulting implementation. The solution involves collation of scattered and redundant information, setup of unit and functional test suites and incrementalization of the bus architecture of 101worker.
Web application testing is an active research area. Garousi et al. did a systematic mapping study and classified 79 papers published between 2000-2011. However, there seems to be a lack of information exchange between the scientific community and tool developers.
This thesis systematically analyzes the field of functional, system level web application testing tools. 194 candidate tools were collected in the tool search and screened, with 23 tools being selected as foundation of this thesis. These 23 tools were systematically used to generate a feature model of the domain. The methodology to support this is an additional contribution of this thesis. It processes end user documentation of tools belonging to an examined domain and creates a feature model. The feature model gives an overview over the existing features, their alternatives and their distribution. It can be used to identify trends and problems, extraordinary features, help decision making of tool purchase or guide scientists how to focus research.
Code package managers like Cabal track dependencies between packages. But packages rarely use the functionality that their dependencies provide. This leads to unnecessary compilation of unused parts and to speculative conflicts between package versions where there are no conflicts. In two case studies we show how relevant these two problems are. We then describe how we could avoid them by tracking dependencies not between packages but between individual code fragments.
Im Rahmen dieser Arbeit wird untersucht, wie sich Modellfehler auf die Positionsgenauigkeit und Handhabbarkeit beim Rangieren mit einem Fahrerassistenzsystem auswirken. Besonderer Wert wird dabei auf die Bestimmung von Fehlergrenzen gelegt. Es wird der Frage nachgegangen, wie groß der Eingangsfehler sein darf, damit die Assistenz noch hinreichende Qualitätseigenschaften hinsichtlich ihrer Präzision und Robustheit aufweist. Dazu erfolgt zunächst eine quantitative Betrachtung der Fehler anhand des kinematischen Modells. Danach wird eine qualitative Betrachtung anhand von systematischen Experimenten durchgeführt. Es wird zunächst ein Controller entwickelt, mit dem sich ein Manöver mithilfe der visuellen Informationen der Assistenz simulieren lässt.
Dann wird eine Methode vorgestellt, mit deren Hilfe man das Manöver anhand definierter Fehlergrenzen bewerten kann. Um einen großen Raum möglicher Fehlerkombinationen effizient zu durchsuchen, wird das probabilistische Verfahren des Annealed Particle Filters benutzt. Mithilfe einer Testumgebung werden schließlich systematische Experimente durchgeführt. Zur weiteren Evaluation des Assistenzsystems in einer kontrollierten Umgebung erfolgte in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ITWM in Kaiserslautern die Portierung des Assistenzsystems auf die dortige Simulationsumgebung RODOS.
Diese Bachelorarbeit behandelt die Zusammenführung der bereits vorliegenden Winkelrekonstruktions- und Simulationskomponente und erweitert diese mit Funktionen, um die Durchführung von systematischen Tests zu ermöglichen. Hierzu wird die Übergabe von Bildern aus der Simulationskomponente an die Winkelrekonstruktionskomponente ermöglicht. Des weiteren wird eine GUI zur Testlaufsteuerung und Parameterübergabe sowie eine Datenbankanbindung zur Speicherung der verwendeten Einstellungen und erzeugter Daten angebunden. Durch die Analyse der erzeugten Daten zeigt sich eine ausreichende durchschnittliche Präzision von 0.15° und eine maximale Abweichung der einzelnen Winkel von 0.6°. Der größte Gesamtfehler beläuft sich in den Testläufen auf 0.8°. Der Einfluss von fehlerhaften Parametern hat von variable zu Variable unterschiedliche Auswirkungen. So verstärkt ein Fehler in Höhe den Messfehler um ein vielfaches mehr, als ein Fehler in der Länge der Deichsel.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Effizienz von Anfragen an OWL-Ontologien und Anfragen an TGraphen evaluiert. Dabei wurden die zwei unterschiedlichen Transformationsverfahren Schema-Aware Mapping und Simple Mapping getestet. Bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Schema-Aware Mapping werden ein TGraph-Schema und ein TGraph erzeugt. Im Gegensatz zu Schema-rnAware Mapping besitzt Simple Mapping ein schon vordefiniertes TGraph-Schema, das für alle OWLOntologien anwendbar ist. Damit wird bei der Transformation einer OWL-Ontologie in einen TGraphen über Simple Mapping nur ein TGraph - kein TGraph-Schema - generiert. Mit den Verfahren wurden entsprechend auch SPARQL-Anfragen in GReQL-Anfragen transformiert.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird eine Datenbank-Persistenzlösung für die TGraphenbibliothek JGraLab entwickelt. Diese erlaubt das Persistieren von TGraphen in Datenbanken ausgewählter Technologien und sorgt gleichzeitig dafür, dass die Datenbankpersistenz eines TGraphen für den Benutzer transparent bleibt. Nach der Anforderungserhebung und der Recherche zur Bewertung der Tauglichkeit von bereits bestehenden Werkzeugen für dieses Projekt, wird die Anwendungsdomäne erläutert. Anschließend wird dargelegt wie die Persistierung von TGraphen mit allen ihren Eigenschaften in Datenbanken ermöglicht werden kann. Dem schließt sich der konzeptuelle Entwurf an, in dem die Details der Lösung beschrieben werden. Als nächstes wird der objektorientierte Feinentwurf zur Integration der Lösung in die TGraphenbibliothek JGraLab entwickelt, der die Grundlage der programmatischen Umsetzung bildet. Eine Anleitung zur Verwendung der Lösung und eine Bewertung des Laufzeitverhaltens der umgesetzten Implementation schließen die Arbeit ab.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird erforscht, wie bestehende Tools zur Berechnung von Softwaremetriken über COBOL-Quelltexte mit den vorhandenen Entwicklerwerkzeugen der Debeka Versicherungsgruppe interoperabel gemacht werden können. Der Text richtet sich primär an Leser aus dem Bereich der Informatik. Zum Verständnis wird ein Wissensstand vergleichbar dem eines Informatikers mit abgeschlossenem Bachelorstudium oder Vordiplom vorausgesetzt.
This thesis deals with the mapping from Ecore to grUML. Thereby the transformation of models in Ecore to graphs in grUML is as well considered as the conversion of Ecore metamodels to grUML schemas. At first the modeling languages Ecore and grUML are described separately. Thereby the metamodels of the languages are explained and the API is presented. Subsequent differences and similarities of grUML and Ecore are exemplified and based on this a mapping is defined. Also requirements for the implementation of the transformation are noted. After that details of the realisation follow. Finally the results of the transformation are shown with the help of some examples.
Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird ein TGraph-basiertes Modell-Vergleichsverfahren entwickelt. Dieses Verfahren soll eine anwendbare Berechnung von Deltas für TGraph-basierte Modelle ermöglichen. Modelle können durch TGraphen repräsentiert werden. Für die Erzeugung und Verarbeitung von TGraphen wurde am Institut für Softwaretechnik das Java Graph Laboratory, kurz JGraLab, entwickelt. Es handelt sich dabei um eine Java Klassenbibliothek, die eine hoch effiziente API zur Verarbeitung von TGraphen bereitstellt. [Ebe87, ERW08, ERSB08] Basierend auf der JGraLab API wird ein System entwickelt, das unterschiedliche Werkzeuge zur Verwaltung von Modellen bereitstellt. Der Fokus dieser Diplomarbeit liegt dabei auf der Entwicklung eines Werkzeugs, das zu zwei gegebenen TGraphen ein Delta berechnet.
Im Rahmen dieser Arbeit soll das Software-Modellierungstool Enterprise Architect so erweitert werden, dass die Trennung der Belange entsprechend dem erweiterten Hyperspace-Modell von Lohmann ermöglicht wird. Daneben soll auch die Bestimmung so genannter Slices ermöglicht werden. Bei einem Slice handelt es sich um die Menge aller Belange und syntaktischen Einheiten, welche mit einem oder mehreren Belangen direkt oder transitiv verknüpft sind. Die Idee der Bestimmung solcher Slices ist graphenorientiert: Die transitive Hülle der ausgewählten Belange und der mit diesen verknüpften Belange wird bestimmt. Dies kann auf bestimmte Kantenarten, welche die Arten der Verknüpfung von Belangen widerspiegeln, eingeschränkt werden. Bevor dies implementiert werden kann, muss untersucht werden, ob die Funktionalität mit den im Enterprise Architect gegebenen Möglichkeiten realisiert werden kann. Ist dies nicht der Fall, so müssen Modelle aus dem Enterprise Architect zunächst mit Hilfe von JGraLab in Graphen überführt werden, damit anschließend die Slices unter Anwendung der Graphenabfragesprache Graph Repository Query Language (GreQL) bestimmt werden können. Die Funktionalitäten sollen in einem gemeinsamen Software-Baustein realisiert werden, der sich konform zu den für den Enterprise Architect vorgegebenen Schnittstellen verhalten muss und keine Konflikte im Programmablauf verursachen kann.
TGraphBrowser
(2010)
This thesis describes the implementation of a web server that enables a browser to display graphs created with the Java Graph Laboratory (JGraLab). The user has the choice between a tabular view and a graphical presentation. In both views it is possible to navigate through the graph. Since graphs with thousands of elements may be confusing for the user, he or she is given the option to filter the displayed vertices and edges by their types. Furthermore, the number of graph elements shown can be limited by means of a GreQL query or by directly entering their ids.
Im Vordergrund dieser Arbeit stehen die Geschäftsprozessmodelle und deren Überführung in das für eine Weiterverarbeitung in JGraLab benötigte TGraph-Format. Für die Modellierung der Geschäftsprozesse im SOAMIG-Projekt fiel die Auswahl, aus Gründen der Verbreitung und der Kompetenzen der SOAMIG-Partner, zugunsten der drei bereits erwähnten Modellierungssprachen UML Aktivitätsdiagramme, BPMN und EPK aus. Obwohl sich diese drei Notationen allesamt für die Erstellung von Geschäftsprozessmodellen bewährt haben und auch in Kombination in der Praxis eingesetzt werden, so differenzieren sie sich dennoch durch verschiedene Zielsetzungen bei ihrer Entwicklung. Die aufgrund der Zielsetzungen und der hohen Funktionsvielfalt resultierenden Unterschiede und Inkompatibilitäten der Sprachen untereinander bei der Modellierung von Geschäftsprozessen erschweren eine einheitliche Transformation nach JGraLab und die Behandlung der zu erhebenden Geschäftsprozessmodelle in JGraLab. Für jede Sprache müsste ein eigener Regelsatz und eine maßgeschneiderte Konvertierungsmöglichkeit festgelegt werden. Um eine sprach- und werkzeugunabhängige Geschäftsprozessmodellierung zu ermöglichen werden in dieser Arbeit zuerst die im SOAMIG-Projekt benötigten Sprachkonzepte und -elemente für die Modellierung von Geschäftsprozessen der UML Aktivitätsdiagramme, der BPMN und der EPK vorgestellt. Im nächsten Schritt werden notationsübergreifende Abbildungen der Srachkonzepte und -elemente aufeinander beschrieben, Defizite und Lücken der Sprachen aufgedeckt und durch eigene Auslegungen der Notationen gefüllt, und schließlich Metamodelle der drei Sprachen, aufgrund der gewonnen Erkentnisse sowie ein Referenzmetamodell auf Basis dieser Metamodelle erstellt und dargestellt. Im letzten Teil dieser Arbeit wird die exemplarische Realisierung eines Modell-zu-Referenzmodell Konverters auf Basis der BPMN und des Modellierungswerkzeuges BizAgi Process Modeler der Firma BizAgi Ltd vorgestellt, und der Lösungsansatz anhand des Beispiels eines Geschäftsprozesses validiert. Die Konvertierer ermöglichen die Abbildung eines Geschäftsprozessmodelles auf ein semantisch-äquivalentes Referenzmetamodell-konformes Modell, auf dessen Basis weitere Arbeitsschritte vor der/ für die Migration, unabhängig von der ursprünglich eingesetzten Modellierungssprache, definiert werden können.
Entwicklung eines Regelungsverfahrens zur Pfadverfolgung für ein Modellfahrzeug mit Sattelanhänger
(2009)
Besides the progressive automation of internal goods traffic, there is an important area that should also be considered. This area is the carriage of goods in selected external areas. The use of driverless trucks in logistic centers can report economic efficiency. In particular, these precise control procedures require that trucks drive on predetermined paths. The general aim of this work is the adaption and evaluation of a path following control method for articulated vehicles. The differences in the kinematic behavior between trucks with one-axle trailer and semi-trailer vehicles will be emphasized. Additionally, the characteristic kinematic properties of semi-trailers for the adaptation of a control procedure will be considered. This control procedure was initially designed for trucks with one-axle trailer. It must work in forwards and backwards movements. This control process will be integrated as a closed component on the control software of the model vehicle. Thus, the geometry of the model vehicle will be specified, and the possible special cases of the control process will be discovered. The work also documents the most relevant software components of the implemented control process.
Dieses Dokument legt den Standard für die Transformation von grUML-Schemas (GraphUML, [BHR+09]) nach XSD (XML Schema Definition) fest und ist im Rahmen des Arbeitspakets 5.2 "Prototypische SOAMIG-Parser und -Unparser realisieren" im SOAMIG-Projekt entstanden. Das Ziel ist der Austausch von TGraphen (typisierten, attributierten, angeordneten, gerichte Graphen [ERW08]) über XML-Dokumente. Zur Spezifikation des Austauschformats wird XSD eingesetzt. Dies erlaubt eine Validierung der XML-Instanzen auf syntaktischer Ebene. Der Ausgangspunkt ist ein gegebenes Schemas in grUML-Notation1, welches nach XSD transformiert werden soll. Mit der generierten XSD existiert ein Beschreibungsmittel für Graph-Instanzen in XML. Die dadurch beschriebenen XML-Dokumente sind flach, d.h. alle Elemente sind direkt dem root-Element untergeordnet.