Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Security and Privacy of Sensitive Data in Cloud Computing
KTH, School of Computer Science and Communication (CSC), Centres, Centre for High Performance Computing, PDC.
2016 (English)Doctoral thesis, monograph (Other academic)
Abstract [en]

Cloud computing offers the prospect of on-demand, elastic computing, provided as a utility service, and it is revolutionizing many domains of computing. Compared with earlier methods of processing data, cloud computing environments provide significant benefits, such as the availability of automated tools to assemble, connect, configure and reconfigure virtualized resources on demand. These make it much easier to meet organizational goals as organizations can easily deploy cloud services. However, the shift in paradigm that accompanies the adoption of cloud computing is increasingly giving rise to security and privacy considerations relating to facets of cloud computing such as multi-tenancy, trust, loss of control and accountability. Consequently, cloud platforms that handle sensitive information are required to deploy technical measures and organizational safeguards to avoid data protection breakdowns that might result in enormous and costly damages. Sensitive information in the context of cloud computing encompasses data from a wide range of different areas and domains. Data concerning health is a typical example of the type of sensitive information handled in cloud computing environments, and it is obvious that most individuals will want information related to their health to be secure. Hence, with the growth of cloud computing in recent times, privacy and data protection requirements have been evolving to protect individuals against surveillance and data disclosure. Some examples of such protective legislation are the EU Data Protection Directive (DPD) and the US Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA), both of which demand privacy preservation for handling personally identifiable information. There have been great efforts to employ a wide range of mechanisms to enhance the privacy of data and to make cloud platforms more secure. Techniques that have been used include: encryption, trusted platform module, secure multi-party computing, homomorphic encryption, anonymization, container and sandboxing technologies. However, it is still an open problem about how to correctly build usable privacy-preserving cloud systems to handle sensitive data securely due to two research challenges. First, existing privacy and data protection legislation demand strong security, transparency and audibility of data usage. Second, lack of familiarity with a broad range of emerging or existing security solutions to build efficient cloud systems. This dissertation focuses on the design and development of several systems and methodologies for handling sensitive data appropriately in cloud computing environments. The key idea behind the proposed solutions is enforcing the privacy requirements mandated by existing legislation that aims to protect the privacy of individuals in cloud-computing platforms. We begin with an overview of the main concepts from cloud computing, followed by identifying the problems that need to be solved for secure data management in cloud environments. It then continues with a description of background material in addition to reviewing existing security and privacy solutions that are being used in the area of cloud computing. Our first main contribution is a new method for modeling threats to privacy in cloud environments which can be used to identify privacy requirements in accordance with data protection legislation. This method is then used to propose a framework that meets the privacy requirements for handling data in the area of genomics. That is, health data concerning the genome (DNA) of individuals. Our second contribution is a system for preserving privacy when publishing sample availability data. This system is noteworthy because it is capable of cross-linking over multiple datasets. The thesis continues by proposing a system called ScaBIA for privacy-preserving brain image analysis in the cloud. The final section of the dissertation describes a new approach for quantifying and minimizing the risk of operating system kernel exploitation, in addition to the development of a system call interposition reference monitor for Lind - a dual sandbox.

Abstract [sv]

“Cloud computing”, eller “molntjänster” som blivit den vanligaste svenska översättningen, har stor potential. Molntjänster kan tillhandahålla exaktden datakraft som efterfrågas, nästan oavsett hur stor den är; dvs. molntjäns-ter möjliggör vad som brukar kallas för “elastic computing”. Effekterna avmolntjänster är revolutionerande inom många områden av datoranvändning.Jämfört med tidigare metoder för databehandling ger molntjänster mångafördelar; exempelvis tillgänglighet av automatiserade verktyg för att monte-ra, ansluta, konfigurera och re-konfigurera virtuella resurser “allt efter behov”(“on-demand”). Molntjänster gör det med andra ord mycket lättare för or-ganisationer att uppfylla sina målsättningar. Men det paradigmskifte, sominförandet av molntjänster innebär, skapar även säkerhetsproblem och förutsätter noggranna integritetsbedömningar. Hur bevaras det ömsesidiga förtro-endet, hur hanteras ansvarsutkrävandet, vid minskade kontrollmöjligheter tillföljd av delad information? Följaktligen behövs molnplattformar som är såkonstruerade att de kan hantera känslig information. Det krävs tekniska ochorganisatoriska hinder för att minimera risken för dataintrång, dataintrångsom kan resultera i enormt kostsamma skador såväl ekonomiskt som policymässigt. Molntjänster kan innehålla känslig information från många olikaområden och domäner. Hälsodata är ett typiskt exempel på sådan information. Det är uppenbart att de flesta människor vill att data relaterade tillderas hälsa ska vara skyddad. Så den ökade användningen av molntjänster påsenare år har medfört att kraven på integritets- och dataskydd har skärptsför att skydda individer mot övervakning och dataintrång. Exempel på skyd-dande lagstiftning är “EU Data Protection Directive” (DPD) och “US HealthInsurance Portability and Accountability Act” (HIPAA), vilka båda kräverskydd av privatlivet och bevarandet av integritet vid hantering av informa-tion som kan identifiera individer. Det har gjorts stora insatser för att utvecklafler mekanismer för att öka dataintegriteten och därmed göra molntjänsternasäkrare. Exempel på detta är; kryptering, “trusted platform modules”, säker“multi-party computing”, homomorfisk kryptering, anonymisering, container-och “sandlåde”-tekniker.Men hur man korrekt ska skapa användbara, integritetsbevarande moln-tjänster för helt säker behandling av känsliga data är fortfarande i väsentligaavseenden ett olöst problem på grund av två stora forskningsutmaningar. Fördet första: Existerande integritets- och dataskydds-lagar kräver transparensoch noggrann granskning av dataanvändningen. För det andra: Bristande kän-nedom om en rad kommande och redan existerande säkerhetslösningar för att skapa effektiva molntjänster.Denna avhandling fokuserar på utformning och utveckling av system ochmetoder för att hantera känsliga data i molntjänster på lämpligaste sätt.Målet med de framlagda lösningarna är att svara de integritetskrav som ställsi redan gällande lagstiftning, som har som uttalad målsättning att skyddaindividers integritet vid användning av molntjänster.Vi börjar med att ge en överblick av de viktigaste begreppen i molntjäns-ter, för att därefter identifiera problem som behöver lösas för säker databe-handling vid användning av molntjänster. Avhandlingen fortsätter sedan med en beskrivning av bakgrundsmaterial och en sammanfattning av befintligasäkerhets- och integritets-lösningar inom molntjänster.Vårt främsta bidrag är en ny metod för att simulera integritetshot vidanvändning av molntjänster, en metod som kan användas till att identifierade integritetskrav som överensstämmer med gällande dataskyddslagar. Vårmetod används sedan för att föreslå ett ramverk som möter de integritetskravsom ställs för att hantera data inom området “genomik”. Genomik handlari korthet om hälsodata avseende arvsmassan (DNA) hos enskilda individer.Vårt andra större bidrag är ett system för att bevara integriteten vid publice-ring av biologiska provdata. Systemet har fördelen att kunna sammankopplaflera olika uppsättningar med data. Avhandlingen fortsätter med att före-slå och beskriva ett system kallat ScaBIA, ett integritetsbevarande systemför hjärnbildsanalyser processade via molntjänster. Avhandlingens avslutan-de kapitel beskriver ett nytt sätt för kvantifiering och minimering av risk vid“kernel exploitation” (“utnyttjande av kärnan”). Denna nya ansats är ävenett bidrag till utvecklingen av ett nytt system för (Call interposition referencemonitor for Lind - the dual layer sandbox).

Place, publisher, year, edition, pages
KTH Royal Institute of Technology, 2016. , 271 p.
Series
TRITA-CSC-A, ISSN 1653-5723 ; 2016:11
Keyword [en]
Cloud Computing, Security, Privacy, Trust, Opertaing System
National Category
Computer Systems
Research subject
Computer Science
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-186141ISBN: 978-91-7595-941-2 (print)OAI: oai:DiVA.org:kth-186141DiVA: diva2:925669
Public defence
2016-06-08, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm, 10:00 (English)
Opponent
Supervisors
Funder
Swedish e‐Science Research CenterEU, FP7, Seventh Framework Programme
Note

QC 20160516

Available from: 2016-05-16 Created: 2016-05-03 Last updated: 2016-05-19Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(5204 kB)898 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 5204 kBChecksum SHA-512
e20d565344fac52ddc25d733c1d87a9c5ca7a0a5c4dffccf4adaf984cf717868353566c42a6174b51a1baf9496b3829c388946c6dd914c4659e582fdf31c04d0
Type fulltextMimetype application/pdf

Search in DiVA

By author/editor
Gholami, Ali
By organisation
Centre for High Performance Computing, PDC
Computer Systems

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 898 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

isbn
urn-nbn

Altmetric score

isbn
urn-nbn
Total: 2363 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf