In dieser Arbeit werden die Mšglichkeiten sicherer Ausgliederung von Datenbanken und inhaltsbasiertem Routing an einen nicht voll vertrauenswŸrdigen Dienstanbieter betrachtet. Wir untersuchen die Grenzen der Sicherheit, die in diesem Szenario erreicht werden kšnnen. Sicherheit wird dabei unter Zuhilfenahme aktueller komplexitŠtstheoretischer Arbeiten definiert. Dies ermšglicht die Verwendung formaler Methoden zur Untersuchung der Bedingungen, unter denen verschiedene Grade von Sicherheit mšglich sind. Die BeitrŠge dieser Dissertation sind im Einzelnen: - Wir untersuchen die Eignung sog. Privacy-Homomorphismen, welche die AusfŸhrung von Operationen auf verschlŸsselten Daten erlauben. Dies dient der Entwicklung von Protokollen zur sicheren Datenbankausgliederung. Weiter beschreiben wir ein allgemeines Framework fŸr sichere Datenbankausgliederung, das auf sog. Volltextsuch-VerschlŸsselungsverfahren basiert. Ferner stellen wir einen Beweis fŸr die Sicherheit und Korrektheit vor. - Wir beschreiben ein neues Volltextsuch-VerschlŸsselungsverfahren, das im Vergleich zu bekannten Arbeiten eine grš§ere Anzahl verschiedener Operationen fŸr das Datenbank-Outsourcing-Problem ermšglicht und signifikant niedrigere Fehlerraten hat. - Wir schlagen einen Ansatz vor, um im Kontext der sicheren Datenbank-Auslagerung Blanko-Zugriffe auf die verschlŸsselten Daten zu verwalten. Verglichen mit existierenden Techniken ist unser Ansatz anwendbar auf generellere Szenarien, ist einfacher und hat Šhnliche Effizienzeigenschaften. - Wir untersuchen die Mšglichkeit des sicheren inhaltsbasierten Routings, in dem wir ein formales Sicherheitsmodell konstruieren, existierende AnsŠtze in diesem Modell bewerten und eine formale Analyse der Mšglichkeit von Vertraulichkeit durchfŸhren. Unser Sicherheitsmodell deckt die UnzulŠnglichkeiten der bestehenden AnsŠtze auf. Schlie§lich beschreiben wir ein inhaltsbasiertes Routingverfahren, welches das Modell erfŸllt. / This thesis considers the possibilities of secure outsourcing of databases and of content-based routing operations to an untrusted service provider. We explore the limits of the security that is achievable in these scenarios. When discussing security, we refer to the state of the art definitions from cryptography and complexity theory. The key contributions of the thesis are the following: - We explore the applicability of cryptographic constructs that allow performing operations over encrypted data, also known as privacy homomorphisms, for creating protocols that could enable secure database outsourcing. We also describe a framework for secure database outsourcing that is based on searchable encryption schemes, and prove its correctness and security. - We describe a new searchable encryption scheme that exceeds existing analogues with regard to certain parameters: compared to the existing works, the proposed scheme allows for performing a larger number of operations over a securely outsourced database and has significantly lower chances of returning erroneous results of a search. - We propose an approach for managing discretionary access to securely outsourced and encrypted databases. Compared to existing techniques, our approach is applicable to more general scenarios, is simpler and has similar performance characteristics. - We examine possibilities of performing a secure content-based routing by building a formal security model that describes a secure content-based routing system, evaluate existing approaches against this model, and provide an analysis of the possibilities for achieving confidentiality when performing the routing. Compared to the existing works, which fail in providing complete confidentiality, our security model considers shortcomings of these solutions. We also describe a content-based routing system that satisfies this model and to the best of our knowledge is the first of its kind to provide a complete confidentiality.

Cloud computing has brought great benefits in cost and flexibility for provisioning services. The greatest challenge of cloud computing remains however the question of security. The current standard tools in access control mechanisms and cryptography can only partly solve the security challenges of cloud infrastructures. In the recent years of research in security and cryptography, novel mechanisms, protocols and algorithms have emerged that offer new ways to create secure services atop cloud infrastructures. This report provides introductions to a selection of security mechanisms that were part of the "Cloud Security Mechanisms" seminar in summer term 2013 at HPI. / Cloud Computing hat deutliche Kostenersparnisse und verbesserte Flexibilität bei der Bereitstellung von Computer-Diensten ermöglicht. Allerdings bleiben Sicherheitsbedenken die größte Herausforderung bei der Nutzung von Cloud-Diensten. Die etablierten Mechanismen für Zugriffskontrolle und Verschlüsselungstechnik können die Herausforderungen und Probleme der Sicherheit von Cloud-Infrastrukturen nur teilweise lösen. In den letzten Jahren hat die Forschung jedoch neue Mechanismen, Protokolle und Algorithmen hervorgebracht, welche neue Möglichkeiten eröffnen die Sicherheit von Cloud-Anwendungen zu erhöhen. Dieser technische Bericht bietet Einführungen zu einigen dieser Mechanismen, welche im Seminar "Cloud Security Mechanisms" im Sommersemester 2013 am HPI behandelt wurden.