A Mobility Case Study Framework for Validating Uncertainty Impact Analyses regarding Confidentiality

In den letzten zwei Jahrzehnten sind Software-Systeme globaler, vernetzter und komplexer geworden. Dabei ist die Vertraulichkeit zu einer wichtigen Sicherheitsanforderungen an Informationssysteme geworden. Je später Vertraulichkeitsverletzungen im Entwicklungsprozess festgestellt werden, desto kostenintensiver kann deren Behebung werden. Bereits im frühen Entwurf existieren Ungewissheiten, sowohl über das System als auch dessen Umgebung, die sich auf die Vertraulichkeit auswirken können. Daher ist es wichtig bereits zur Entwurfszeit solche Ungewissheiten zu berücksichtigen und deren Auswirkungen auf die Vertraulichkeit einzuschätzen. ... mehrEs existieren Ansätze, die Softwarearchitekten und Softwarearchitektinnen unterstützen sollen, Ungewissheitsauswirkungen auf die Vertraulichkeit zu untersuchen. Diese wurden jedoch noch nicht umfangreich evaluiert und deren Nutzen noch nicht unabhängig nachgewiesen. Um die Validität zu erhöhen, sollten weitere unabhängige Fallstudien durchgeführt werden. Dabei ist ein einheitliches Vorgehen notwendig, um konsistente Ergebnissen au erzeugen. Obwohl es allgemein Arbeiten in diesem Bereich gibt, sind diese nicht spezifisch genug um die Anforderung zu erfüllen. Diese Arbeit soll diese Lücke schließen, indem ein Rahmenwerk vorgestellt wird, welches einen Untersuchungsprozess und ein Fallstudienprotokoll beinhaltet. Der Untersuchungsprozess besteht aus allgemeingültigen Schritten, die für Fallstudien notwendig sind und Schritten, die speziell für diese Klasse von Analysen notwendig sind. Das Fallstudienprotokoll beinhaltet Anforderungen an die Fallstudie und an den Fallstudienentwurf, der auf vorhandener Literatur aufbaut. Dieses Rahmenwerk soll Forschenden helfen, weitere Fallstudien zur Validierung der Ungewissheits-Auswirkungs-Analysen strukturiert durchzuführen und damit auch Ungewissheiten und deren Auswirkung auf Vertraulichkeit zu erforschen. Um das Rahmenwerk zu evaluieren, wird eine Mobilitätsfallstudie durchgeführt, mit der eine Ungewissheiten-Auswirkungs-Analyse unabhängig evaluiert wird. Diese Mobilitätsfallstudie stellt einen weiteren Beitrag dieser Arbeit dar. Abschließend wird in dieser Arbeit die Qualität des Untersuchungsprozesses und der Fallstudie sowie die Vollständigkeit der zu untersuchenden Aspekte evaluiert. Dabei richten sich der Evaluationsplan und der Evaluationsentwurf an den definierten Anforderungen aus. Durch die Evaluation soll untersucht werden, ob der Untersuchungsprozess und die Fallstudienstrategie eine fundierte Basis besitzen, durchführbar sind und aussagekräftige Ergebnisse fördern. Dabei wird eine Anforderungsabdeckung an die zu untersuchenden Aspekte von rund~80\% erreicht. Das vorgestellte Rahmenwerk unterstützt die Validierung der Ungewissheiten-Auswirkungs-Analyse:
Im Rahmen der Fallstudie gewonnene Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die strukturelle Ausbreitung von Ungewissheiten alleine nicht ausreichend ist, um den Softwarearchitektinnen und Softwarearchitekteneinen verlässlichen Ausgangspunkt für die weitere Vertraulichkeitsanalysen zu geben.

Software systems have become more global, interconnected, and complex in the last two decades. Confidentiality has become an important security requirement for information systems. The later confidentiality breaches are discovered during the development process, the more expensive it can be to fix them. In the early stages of the design, confidentiality breaches might arise from uncertainties about the system and its environment. Therefore,
it is essential to consider such uncertainties already when designing the system and assess their impact on confidentiality. Approaches exist that are intended to support software architects in examining the effects of uncertainty on confidentiality. ... mehrHowever, these have not yet been extensively evaluated and their benefit has not yet been independently proven. In order to increase the validity, further independent case studies should be carried out. A uniform procedure is necessary to generate consistent results. While there is work in this area in general, it is not specific enough to meet the requirement. This thesis aims to fill this gap by introducing a framework that includes an investigation process and a case study protocol. The investigation process consists of general steps necessary for case studies and steps specific to this analysis class. The case study protocol includes requirements for the case study and for the case study design, which builds on existing literature. This framework should help researchers to carry out further case studies to validate the Uncertainty Impact Analysis (UIA) in a structured manner and thus also to explore uncertainties and their impact on confidentiality. In order to evaluate the framework, a mobility case study is conducted that independently evaluates a UIA. This mobility case study is a further contribution to this thesis. Finally, this thesis evaluates the quality of the investigation process and the case study, as well as the completeness of the aspects to be investigated. The evaluation plan and the evaluation design are based on the defined requirements. The purpose of the evaluation is to examine whether the investigation process and the case study strategy have a sound basis, are feasible, and promote meaningful results. The requirements coverage of the aspects to be examined reaches about 80%. The introduced framework supports the validation of the UIA: Results obtained in the case study imply that the structural propagation of uncertainties alone is insufficient to provide software architects with a reliable starting point for further confidentiality analyses.