Cyber-Physical Systems (CPS) have become one of the greatest research topics today; because they pose a new complex discipline, which addresses big existing and future systems as the Internet, the Internet of Things, sensors networks and smart grids. As a recent discipline, there are many possibilities to improve the state of the art, interoperability being one of the most relevant. Thus, this thesis has been created within the framework of interoperability for CPS, by using the SOS (Sensor Observation Service) standard, which belongs to the SWE (Sensor Web Enablement) framework of the OGC (Open Geospatial Consortium). It has been developed to give rise to a new line of research within the Distributed Real-Time Systems and Applications group (SATRD for its acronym in Spanish) from the Communications Department of the Polytechnic University of Valencia (UPV for its acronym in Valencian). The approach, with which the interoperability in the CPS has been addressed, is of synthetic type (from parts to whole), starting from a verifiable and workable solution for interoperability in sensor networks, one of the most significant CPSs because it is integrated in many other CPSs, next adapting and testing the solution in more complex CPS, such as the Internet of Things. In this way, an interoperability solution in sensor networks is proposed based on the SOS, but adapted to some requirements that makes of this mechanism a lighter version of the standard, which facilitates the deployment of future implementations due to the possibility of using limited devices for this purpose. This theoretical solution is brought to a first implementation, called SOSLite, which is tested to determine its characteristic behavior and to verify the fulfillment of its purpose. Analogously, and starting from the same theoretical solution, a second implementation is projected called SOSFul, which proposes an update to the SOS standard so that it is lighter, more efficient and easier to use. The SOSFul, has a more ambitious projection by addressing the Internet of Things, a more complex CPS than sensors networks. As in the case of the SOSLite, tests are performed and validation is made through a use case. So, both the SOSLite and the SOSFul are projected as interoperability solutions in the CPS. Both implementations are based on the theoretical proposal of a light SOS and are available for free and under open source licensing so that it can be used by the research community to continue its development and increase its use. / Los Sistemas Ciber-Físicos (CPS) se han convertido en uno de los temas de investigación con mayor proyección en la actualidad; debido a que plantean una nueva disciplina compleja, que aborda sistemas existentes y futuros de gran auge como: la Internet, la Internet de las Cosas, las redes de sensores y las redes eléctricas inteligentes. Como disciplina en gestación, existen muchas posibilidades para aportar al estado del arte, siendo la interoperabilidad uno de los más relevantes. Así, esta tesis se ha creado en el marco de la interoperabilidad para los CPS, mediante la utilización del estándar SOS (Sensor Observation Service) perteneciente al marco de trabajo SWE (Sensor Web Enablement) del OGC (Open Geospatial Consortium). Se ha desarrollado para dar surgimiento a una nueva línea de investigación dentro del grupo SATRD (Sistemas y Aplicaciones de Tiempo Real Distribuidos) del Departamento de Comunicaciones de la UPV (Universitat Politècnica de València). La aproximación con la cual se ha abordado la interoperabilidad en los CPS es de tipo sintética (pasar de las partes al todo), iniciando desde una solución, verificable y realizable, para la interoperabilidad en las redes de sensores, uno de los CPS más significativos debido a que se integra en muchos otros CPS, y pasando a adaptar y comprobar dicha solución en CPS de mayor complejidad, como la Internet de las Cosas. De esta forma, se propone una solución de interoperabilidad en las redes de sensores fundamentada en el SOS, pero adaptada a unos requerimientos que hacen de este mecanismo una versión más ligera del estándar, con lo que se facilita el despliegue de futuras implementaciones debido a la posibilidad de emplear dispositivos limitados para tal fin. Dicha solución teórica, se lleva a una primera implementación, denominada SOSLite, la cual se prueba para determinar su comportamiento característico y verificar el cumplimiento de su propósito. De forma análoga y partiendo de la misma solución teórica, se proyecta una segunda implementación, llamada SOSFul, la cual propone una actualización del estándar SOS de forma que sea más ligero, eficiente y fácil de emplear. El SOSFul, tiene una proyección más ambiciosa al abordar la Internet de las Cosas, un CPS más complejo que las redes de sensores. Como en el caso del SOSLite, se realizan pruebas y se valida mediante un caso de uso. Así, tanto el SOSLite como el SOSFul se proyectan como soluciones de interoperabilidad en los CPS. Ambas implementaciones parten de la propuesta teórica de SOS ligero y se encuentran disponibles de forma gratuita y bajo código libre, para ser empleados por la comunidad investigativa para continuar su desarrollo y aumentar su uso. / Els sistemes ciberfísics (CPS, Cyber-Physical Systems) s'han convertit en un dels temes de recerca amb major projecció en l'actualitat, a causa del fet que plantegen una nova disciplina complexa que aborda sistemes existents i futurs de gran auge, com ara: la Internet, la Internet de les Coses, les xarxes de sensors i les xarxes elèctriques intel·ligents. Com a disciplina en gestació, hi ha moltes possibilitats per a aportar a l'estat de la qüestió, sent la interoperabilitat una de les més rellevants. Així, aquesta tesi s'ha creat en el marc de la interoperabilitat per als CPS, mitjançant la utilització de l'estàndard SOS (Sensor Observation Service) pertanyent al marc de treball SWE (Sensor Web Enablement) de l'OGC (Open Geospatial Consortium). S'ha desenvolupat per a iniciar una nova línia de recerca dins del Grup de SATRD (Sistemes i Aplicacions de Temps Real Distribuïts) del Departament de Comunicacions de la UPV (Universitat Politècnica de València). L'aproximació amb la qual s'ha abordat la interoperabilitat en els CPS és de tipus sintètic (passar de les parts al tot), iniciant des d'una solució, verificable i realitzable, per a la interoperabilitat en les xarxes de sensors, un dels CPS més significatius pel fet que s'integra en molts altres CPS, i passant a adaptar i comprovar aquesta solució en CPS de major complexitat, com la Internet de les Coses. D'aquesta forma, es proposa una solució d'interoperabilitat en les xarxes de sensors fonamentada en el SOS, però adaptada a uns requeriments que fan d'aquest mecanisme una versió més lleugera de l'estàndard, amb la qual cosa es facilita el desplegament de futures implementacions per la possibilitat d'emprar dispositius limitats a aquest fi. Aquesta solució teòrica es porta a una primera implementació, denominada SOSLite, que es prova per a determinar el seu comportament característic i verificar el compliment del seu propòsit. De forma anàloga i partint de la mateixa solució teòrica, es projecta una segona implementació, anomenada SOSFul, que proposa una actualització de l'estàndard SOS de manera que siga més lleuger, eficient i fàcil d'emprar. El SOSFul té una projecció més ambiciosa quan aborda la Internet de les Coses, un CPS més complex que les xarxes de sensors. Com en el cas del SOSLite, es realitzen proves i es valida mitjançant un cas d'ús. Així, tant el SOSLite com el SOSFul, es projecten com a solucions d'interoperabilitat en els CPS. Ambdues implementacions parteixen de la proposta teòrica de SOS lleuger, i es troben disponibles de forma gratuïta i en codi lliure per a ser emprades per la comunitat investigadora a fi de continuar el seu desenvolupament i augmentar-ne l'ús. / Pradilla Ceron, JV. (2016). SOSLite: Soporte para Sistemas Ciber-Físicos y Computación en la Nube [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/76808

<p>Program anomaly detection — modeling normal program executions to detect deviations at runtime as cues for possible exploits — has become a popular approach for software security. To leverage high performance modeling and complete tracing, existing techniques however focus on subsets of applications, e.g., on system calls or calls to predefined libraries. Due to limited scope, it is insufficient to detect subtle control-oriented and data-oriented attacks that introduces new illegal call relationships at the application level. Also such techniques are hard to apply on devices that lack a clear separation between OS and the application layer. This dissertation advances the design and implementation of program anomaly detection techniques by providing application context for library and system calls making it powerful for detecting advanced attacks targeted at manipulating intra- and inter-procedural control-flow and decision variables. </p> <p><br></p> <p>This dissertation has two main parts. The first part describes a statically initialized generic calling context program anomaly detection technique LANCET based on Hidden Markov Modeling to provide security against control-oriented attacks at program runtime. It also establishes an efficient execution tracing mechanism facilitated through source code instrumentation of applications. The second part describes a program anomaly detection framework EDISON to provide security against data-oriented attacks using graph representation learning and language models for intra and inter-procedural behavioral modeling respectively.</p> <p><br> This dissertation makes three high-level contributions. First, the concise descriptions demonstrates the design, implementation and extensive evaluation of an aggregation-based anomaly detection technique using fine-grained generic calling context-sensitive modeling that allows for scaling the detection over entire applications. Second, the precise descriptions show the design, implementation, and extensive evaluation of a detection technique that maps runtime traces to the program’s control-flow graph and leverages graphical feature representation to learn dynamic program behavior. Finally, this dissertation provides details and experience for designing program anomaly detection frameworks from high-level concepts, design, to low-level implementation techniques.</p>