Cloud computing has a significant impact on information and communication technology (ICT) and is one of the most important technological drivers of the digitalization of enterprises. However, due to the increasing dissemination of cloud services and the growing number of cloud service providers (CSPs), the uncertainty and risks for user companies in adopting cloud services have also increased. In this paper, we address those aspects from the perspective of the CSPs. We identified relevant literature and studies and conducted interviews with business experts from 16 German CSPs. In our results, we present current customer requirements and barriers to using cloud services from a provider’s viewpoint and identify the actions of and obstacles for CSPs in meeting the needs and constraints of the customers. Finally, we identify current and future challenges for CSPs in dealing with customer requirements and barriers by addressing their root causes. One of the main challenges from the CSPs’ perspective is addressing customers appropriately and building relationships of trust. This also “forces” changes in the sales processes. In this process, the essential challenges can be identified as an increase in complexity and a simultaneous simplification of specific sales activities. Therefore, the necessity arises for the continuous support of business relationships through value-adding and additional services. However, this results in another challenge for the CSPs – Namely, to find the right balance between standardization and meeting customer-specific requirements. In our paper, we show that the perspective of the CSPs is rarely discussed in the literature. Nevertheless, understanding the perceptions of the providers and their actions and measures is essential for future research activities in the field of cloud service selection. Comparing the customers’ perspectives and viewpoints with the CSPs’ actions will enhance the development of a holistic selection approach for future cloud projects. Therefore, our paper’s contribution to research is also the identification of this missing integration.

Für Geschäftsbereiche mit hohen Anforderungen an Vertraulichkeit und Datenschutz zur Verarbeitung ihrer sensitiven Informationen kann für die Nutzung von Public-Cloud-Technologien keine Benutzerakzeptanz ausgewiesen werden. Die Ursachen dafür erwachsen aus dem inhärenten Strukturkonzept verteilter, begrenzter Verantwortlichkeiten und einem fehlenden Cloud-Anwender-Vertrauen. Die vorliegende Arbeit verfolgt ein Cloud-Anwender orientiertes Vorgehen zur Durchsetzung regelnder Policy-Konzepte, kombiniert mit einem holistischen Ansatz zur Herstellung einer durchgehenden Vertrauensbasis. Der Aspekt Vertrauen erhält eine eigenständige Konzeptualisierung und wird zu einem Cloud-Anwender-Instrument für die Gestaltung vertrauenswürdiger infrastruktureller Eigenschaften entwickelt. Jede weitere Form einer Policy entwickelt ihren verbindlichen regulierenden Wert erst durch eine unlösliche Verbindung mit den hier vorgelegten Konzepten vertrauenswürdiger Entitäten. Ein ontologisch formalisierter Beschreibungsansatz vollzieht die für eine Regulierung notwendige Konzeptualisierung einer domänenspezifischen IT-Architektur und qualifizierender Sicherheitseigenschaften. Eigenständige Konzeptklassen für die Regulierung liefern den Beschreibungsrahmen zur Ableitung integrierter Trust-Policies. Darauf aufbauende Domänenmodelle repräsentieren eine vom Cloud-Anwender definierte Erwartung in Bezug auf ein reguliertes Cloud-Architektur-Design und reflektieren die reale Welt auf Grundlage vertrauenswürdiger Fakten. Vertrauen quantifiziert sich im Ergebnis logischer Schlussfolgerungen und ist Ausdruck zugesicherter Cloud-Sicherheitseigenschaften und geregelter Verhaltensformen.

Cloud computing has a significant impact on information and communication technology (ICT) and is one of the most important technological drivers of the digitalization of enterprises. However, due to the increasing dissemination of cloud services and the growing number of cloud service providers (CSPs), the uncertainty and risks for user companies in adopting cloud services have also increased. In this paper, we address those aspects from the perspective of the CSPs. We identified relevant literature and studies and conducted interviews with business experts from 16 German CSPs. In our results, we present current customer requirements and barriers to using cloud services from a provider’s viewpoint and identify the actions of and obstacles for CSPs in meeting the needs and constraints of the customers. Finally, we identify current and future challenges for CSPs in dealing with customer requirements and barriers by addressing their root causes. One of the main challenges from the CSPs’ perspective is addressing customers appropriately and building relationships of trust. This also “forces” changes in the sales processes. In this process, the essential challenges can be identified as an increase in complexity and a simultaneous simplification of specific sales activities. Therefore, the necessity arises for the continuous support of business relationships through value-adding and additional services. However, this results in another challenge for the CSPs – Namely, to find the right balance between standardization and meeting customer-specific requirements. In our paper, we show that the perspective of the CSPs is rarely discussed in the literature. Nevertheless, understanding the perceptions of the providers and their actions and measures is essential for future research activities in the field of cloud service selection. Comparing the customers’ perspectives and viewpoints with the CSPs’ actions will enhance the development of a holistic selection approach for future cloud projects. Therefore, our paper’s contribution to research is also the identification of this missing integration.

Für Geschäftsbereiche mit hohen Anforderungen an Vertraulichkeit und Datenschutz zur Verarbeitung ihrer sensitiven Informationen kann für die Nutzung von Public-Cloud-Technologien keine Benutzerakzeptanz ausgewiesen werden. Die Ursachen dafür erwachsen aus dem inhärenten Strukturkonzept verteilter, begrenzter Verantwortlichkeiten und einem fehlenden Cloud-Anwender-Vertrauen. Die vorliegende Arbeit verfolgt ein Cloud-Anwender orientiertes Vorgehen zur Durchsetzung regelnder Policy-Konzepte, kombiniert mit einem holistischen Ansatz zur Herstellung einer durchgehenden Vertrauensbasis. Der Aspekt Vertrauen erhält eine eigenständige Konzeptualisierung und wird zu einem Cloud-Anwender-Instrument für die Gestaltung vertrauenswürdiger infrastruktureller Eigenschaften entwickelt. Jede weitere Form einer Policy entwickelt ihren verbindlichen regulierenden Wert erst durch eine unlösliche Verbindung mit den hier vorgelegten Konzepten vertrauenswürdiger Entitäten. Ein ontologisch formalisierter Beschreibungsansatz vollzieht die für eine Regulierung notwendige Konzeptualisierung einer domänenspezifischen IT-Architektur und qualifizierender Sicherheitseigenschaften. Eigenständige Konzeptklassen für die Regulierung liefern den Beschreibungsrahmen zur Ableitung integrierter Trust-Policies. Darauf aufbauende Domänenmodelle repräsentieren eine vom Cloud-Anwender definierte Erwartung in Bezug auf ein reguliertes Cloud-Architektur-Design und reflektieren die reale Welt auf Grundlage vertrauenswürdiger Fakten. Vertrauen quantifiziert sich im Ergebnis logischer Schlussfolgerungen und ist Ausdruck zugesicherter Cloud-Sicherheitseigenschaften und geregelter Verhaltensformen.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Forschungsfragen 1.3 Zielstellung 1.4 Vorgehensweise 2 Problembeschreibung 2.1 Public Cloud, Strukturerweiterung einer Organisation 2.1.1 Kopplung im sozialen Kontext 2.1.2 Strukturelle Kopplung im Cloud-Kontext 2.2 Regelungen: strukturbildende Elemente von Organisationen 2.2.1 Regelungen im sozialenKontext 2.2.1.1 Rechtliche Regelungen 2.2.1.2 Nichtrechtliche Regelungen 2.2.1.3 Regelungen in Organisationen 2.2.2 Regelungen im Cloud-Kontext 2.3 Erwartungen und Unbestimmtheit von Handlungen 2.3.1 Erwartungen im sozialenKontext 2.3.2 Erwartungen im Cloud-Kontext 2.4 Konformität, Abbildung von Regelungen 2.4.1 Konformität im sozialenKontext 2.4.2 Konformität im Cloud-Kontext 2.5 Thesen 3 Analyse 3.1 Anforderungen 3.1.1 Infrastrukturschicht 3.1.1.1 Hardwarebasierte Geo-Lokalisierung 3.1.1.2 Virtual Machine Monitor 3.1.1.3 Netzwerksicherheit 3.1.2 Plattform-/Laufzeitschicht 3.1.2.1 Virtualisierungstechnologie 3.1.2.2 OS-Sicherheitsmodell 3.1.2.3 Datensicherheit der Laufzeitschicht 3.1.3 Anwendungs-/Serviceschicht 3.1.3.1 Anwendungssicherheit 3.1.3.2 Prozesssicherheit 3.1.3.3 Datensicherheit der Anwendungsschicht 3.1.4 Verwaltung/Betrieb 3.1.5 Compliance 3.1.5.1 Governance 3.1.5.2 Klassifizierte Informationen 3.1.5.3 Datenschutz 3.1.6 Zusammenfassung der Regulierungsziele 3.2 Anwendungsfälle einer Multi-User-Cloud-Umgebung 3.2.1 TCG-Konzepte und Definitionen 3.2.2 UC-Aufbau einer Vertrauensbasis 3.2.3 UC-Aufbau einer vertrauenswürdigen Kooperationsbasis 3.2.4 UC-kooperative Provisionierung 3.2.5 UC-Änderungen von Regeln innerhalb einer kooperativen Domäne 3.2.6 Abgeleitete Anwendungsfälle aus TCG-Richtlinien 3.3 State-of-the-Art-Betrachtung 3.3.1 Thema:Regulierungsziele 3.3.1.1 Pattern-based Runtime Management of Composite Cloud Applications 3.3.1.2 Unifying Compliance Requirements across Business and IT 3.3.2 Thema:Digitale Regelkonzepte 3.3.2.1 Policy-Aware Provisioning of Cloud Applications 3.3.2.2 Policy-Aware Provisioning and Management of Cloud Applications 3.3.3 Thema:Vertrauenskonzepte 3.3.3.1 Secure Enclaves for REactive Cloud Applications 3.3.3.2 Enforcing-Security-and-Assurance-Properties-in-Cloud-Environment 3.3.4 Thema:Technische Standards 3.3.4.1 WebServicesPolicy1.5 – Framework-Current 3.3.4.2 WS-SecurityPolicy1.3 3.3.4.3 WS-Trust 3.3.4.4 Web Services Security: SOAP Message Security 1.1 3.3.5 Thema:Sprachkonzepte 3.3.5.1 Using Ontologies to Analyze Compliance Requirements of Cloud-BasedProcesses 3.3.5.2 Policy Language for a Pervasive Computing Environment 3.4 Zusammenfassung und Abgrenzungsbeschreibung 4 Konzeption 4.1 Ontologie-Konzept 4.1.1 Strukturentwurf Ontologie 4.1.2 Ziele der ontologischen Konzeptualisierung 4.1.3 Ontologie Regulierung 4.1.3.1 Haupthierachie Regulation-Ontology 4.1.3.2 Konzeptklasse Action 4.1.3.3 Konzeptklasse Constraint 4.1.3.4 Konzeptklasse Rule 4.1.3.5 Konzeptklasse Policy 4.1.3.6 Konzeptklasse State 4.1.3.7 Konzeptklasse Transformation 4.1.4 Ontologie Cloud-Domain 4.1.4.1 Konzeptklasse CloudDomain 4.1.4.2 Konzeptklasse Entity 4.1.4.3 Konzeptklasse Subject 4.1.4.4 Konzeptklasse ArchitecturalLayer 4.1.4.5 Konzeptklasse Object 4.1.4.6 Konzeptklasse Part 4.1.4.7 Konzeptklasse Connection 4.1.4.8 Konzeptklasse CloudService 4.1.5 Ontologie Security 4.1.5.1 Konzept einer vertrauensbildenden Sicherheitsstrategie 4.1.5.2 Konzeptklasse Asset 4.1.5.3 Konzeptklasse PropertySecurity 4.1.5.4 Konzeptklasse SecurityFunction 4.1.5.5 Konzeptklasse SecurityRequirement 4.1.5.6 Konzeptklasse Identity 4.1.5.7 Konzeptklasse Credential 4.1.5.8 Konzeptklasse SecurityModel (Sicherheitsmodell) 4.2 Konzept zur Herausbildung von Vertrauen (Trust) 4.2.1 Konzept einer vertrauenswürdigen Entität 4.2.2 Konzept einer Authority 4.2.2.1 Zusicherung von Entity-Eigenschaften 4.2.2.2 Entitäten innerhalb einer Authority-Hierarchie 4.2.2.3 Entitäten und externe Authority 4.2.3 Konzept einer Policy zur Entwicklung von Vertrauen 4.2.3.1 Spezialisierung der Trust-Policy 4.2.3.2 QualityProperty – Gegenstand der Vertrauenspolitik 4.3 Trust-Establishment-Protokoll 4.3.1 Datenmodell 4.3.1.1 Verhaltensorientierte Artefakte 4.3.1.2 Kryptographische Artefakte 4.3.1.3 Protokollspezifische Artefakte 4.3.2 Horizontale Etablierung von Vertrauen (Establishment of Trust) 4.3.2.1 Phase1: Auswahl einer Cloud-Plattform 4.3.2.2 Phase2: Erweiterung der Vertrauensgrundlage auf Cloud-Anbieter-Seite 4.3.3 Vertikale Etablierung von Vertrauen (Delegation of Trust) 4.3.3.1 Registrierung von Policy-Entitäten 4.3.3.2 Registrierung von Domänen-Entitäten 4.3.3.3 Ableitung vertrauenswürdiger Entitäten 4.3.3.4 Ableitung vertrauenswürdiger Eigenschaften und Aktivitäten 4.4 Zusammenfassung 5 Validierung 5.1 Referenzarchitektur – TrustedCloud 5.1.1 Komponentenbeschreibung – IT-Plattform 5.1.2 Komponentenbeschreibung – Laufzeitumgebung 5.1.3 Komponentenbeschreibung – Integrierte Systeme 5.1.4 ExterneSysteme – Key & CA Service 5.1.4.1 Bezeichnungen und Namespaces 5.1.4.2 TE-Zustandsmodell 5.1.4.3 Policy-Zonen und Policy-Anwendungsraum 5.2 Trust-Policies und Transformation 5.2.1 Szenario (1) – Bereitstellung Virtual Machine Monitor KVM 5.2.1.1 Domain-Spezifikation–KVM-Komponente 5.2.1.2 Regulation-Spezifikation – KVM-Deployment-Policy 5.2.1.3 Prüfung der KVM-Authentizität 5.2.1.4 Zusicherung von KVM-Identitätseigenschaften 5.2.1.5 Transformation – KVM-Trust-Rule 5.2.1.6 Transformation – KVM-Deployment-Rule 5.2.2 Szenario (2) – Bereitstellung Virtualisiertes Betriebssystem 5.2.2.1 Domain-Spezifikation–Virtual-OS 5.2.2.2 Regulation-Spezifikation – Virtual-OS-Deployment-Policy 5.2.2.3 Prüfung der TE-Authentizität 5.2.2.4 Policy-Zone einrichten – Z_RUNTIME.DB 5.2.2.5 Vertrauenskette prüfen – ChainofTrust 5.2.3 Szenario (3) – Bereitstellung Datenbanksystem (DBS) 5.2.3.1 Domain-Spezifikation – Datenbanksystem 5.2.3.2 Regulation-Spezifikation – DBS-Deployment-Policy 5.2.3.3 Prüfung der DBS-Authentizität 5.2.3.4 Transformation – DBS-Trust-Rule 5.2.3.5 Transformation – DBS-Deployment-Rule 5.2.4 Szenario(4) – ExterneDBS-Zugangssteuerung 5.2.4.1 Domain-Spezifikation – User-to-DB Connection 5.2.4.2 Regulation-Spezifikation – DBS-Connection-Policy 5.2.4.3 Prüfung der DBS-Endpunkt-Authentizität 5.2.4.4 Absicherung der DBS-Verbindung – Verschlüsselung 5.2.4.5 Transformation 5.3 Attestierung – Vertrauenswürdigkeit 5.3.1 Dynamische Methoden der Konzeptklasse State 5.3.2 Kategorien für Niveaubestimmung von Vertrauenswürdigkeit 5.3.3 Semantische Rules für Niveaubestimmung 5.3.3.1 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit HOCH 5.3.3.2 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit MITTEL 5.3.3.3 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit GERING 5.3.3.4 Ableitungsregel – Vertrauenswürdigkeit UNBESTIMMT 5.4 Gegenüberstellung der Szenarien mit den Zielstellungen 5.5 Gegenüberstellung der Ergebnisse mit den Kernfragen 5.6 Zusammenfassung der Validieren 6 Zusammenfassung – Ausblick 6.1 Zusammenfassung der Arbeit 6.2 Ausblick und abgeleitete Themen Abkürzungsverzeichnis I State-of-the-Art – Kategorien II Hardwareunterstützte Sicherheit für eine IT-Plattform II.1 TrustedPlatformModule II.2 TechnologiefürIT-Plattformsicherheit II.3 Konzept einer hardwarebasierten Vertrauenspolitik II.3.1 Sichere Mikroarchitektur II.3.2 Messung statischer Systemeigenschaften II.4 Kontrollierter Systemstart II.4.1 Identifizierbarer Plattform-Eigentümer II.4.2 Versiegeln von Systemwerten(Sealing) II.5 Konzept der Attestierung II.5.1 Attestierungs-Schlüssel II.5.2 Zertifizierung des Attestierungs-Identifikationsschlüssels II.5.3 Attestierungs-Modul II.5.4 Attestierungs-Service II.5.5 HardwarebasierteGeo-Lokalisierung III Übersicht der Anforderungen III.1 Anforderungen an die Cloud-Infrastruktur-Plattform-Ebene III.2 Anforderungen an die Cloud-Laufzeitebene III.3 Anforderungen an die Cloud-Service-Ebene III.4 Anforderungen an operatives Management III.5 Anforderungen an Cloud-Anwender-Nutzungsebene IV Spezifikation Ontologie