Nodes taking part in mobile ad hoc networks (MANET) are expected to adhere to the rules dictated by the routing protocol employed in the subnet. Secure routing protocols attempt to reduce the ill-effect of nodes under the control of malicious entities who deliberately violate the protocol. Most secure routing protocols are reactive strategies which include elements like redundancies and cryptographic authentication to detect inconsistencies in routing data advertised by nodes, and perhaps explicit measures to react to detected inconsistencies. The approach presented in this dissertation is a proactive approach motivated by the question “what is a minimal trusted computing base for a MANET node?” Specifically, the goal of the research was to identify a small set of well-defined low-complexity functions, simple enough to be executed inside highly resource limited trusted boundaries, which can ensure that nodes will not be able to violate the protocol. In the proposed approach every node is assumed to possess a low complexity trusted MANET module (TMM). Only the TMM in a node is trusted - all other hardware and software are assumed to be untrusted or even hostile. TMMs offer a set of interfaces to the untrusted node housing the TMM, using which the node can submit data to the TMM for cryptographic verification and authentication. As other nodes will not accept packets that are not authenticated by TMMs, the untrusted node is forced to submit any data that it desires to advertise, to its TMM. TMMs will authenticate data only if the untrusted node can convince the TMM of the validity of the data. The operations performed by TMMs are to accept, verify, validate data submitted by the untrusted node, and authenticate such data to TMMs housed in other nodes. We enumerate various TMM interfaces and provide a concrete description of the functionality behind the interfaces for popular ad hoc routing protocols.

The thesis investigates how a blockchain can be used to build a decentralised public key infrastructure for the web, by proposing a custom federation blockchain relying on honest majority. Our main contribution is the design of a Proof of Stake protocol based on a stake tree, which builds upon an idea called follow-the-satoshi used in previous papers. Digital identities are stored in an authenticated self-balancing tree maintained by blockchain nodes. Our back-of-the-envelope calculations, based on the size of the domain name system, show that the block size must be set to at least 5.2 MB, while each blockchain node with a one-month transaction history would need to store about 243 GB. Thin clients would have to synchronise about 13.6 MB of block headers per year, and download an additional 3.7 KB of proof data for every leaf certificate which is to be checked. / Uppsatsen undersöker hur en blockkedja kan användas för att bygga en decentraliserad publik nyckel-infrastruktur för webben. Vi ger ett designförslag på en blockkedja som drivs av en pålitlig grupp av noder, där en majoritet antas vara ärliga. Vårt huvudsakliga bidrag är utformningen av ett Proof of Stake-protokoll baserat på ett staketräd, vilket bygger på en idé som kallas follow-the-satoshi omnämnd i tidigare publikationer. Digitala identiteter sparas i ett autentiserat, självbalanserande träd som underhålls av noder anslutna till blockkedjenätverket. Våra preliminära beräkningar baserade på storleken av DNS-systemet visar att blockstorleken måste sättas till åtminstone 5.2 MB, medan varje nod med en månads transaktionshistorik måste spara ungefär 243 GB. Webbläsare och andra resurssnåla klienter måste synkronisera 13.6 MB data per år, och ladda ner ytterligare 3.7 KB för varje användarcertifikat som skall valideras.

The increased dependence on computers for critical tasks demands sufficient and transparent methods to audit its execution. This is commonly solved using logging where the log must not only be resilient against tampering and rewrites in hindsight but also be able to answer queries concerning (non)-membership of events in the log while preserving privacy. Since the log cannot assume to be trusted the answers must be verifiable using a proof of correctness. This thesis describes a protocol capable of producing verifiable privacy preserving membership proofs using Merkle trees. For non-membership, a method used to authenticate Bloom filters using Merkle trees is proposed and analyzed. Since Bloom filters are a probabilistic data structures, a method of handling false positives is also proposed. / Den ökande avlastningen av kritisk funktionalitet till datorer ställer högre krav på loggning och möjlighet till övervakning. Loggen måste vara resistent mot manipulation och möjliggöra för andra parter att ställa frågor berörande en viss händelse i loggen utan att läcka känslig information. Eftersom loggen inte antas vara att lita på måste varje svar vara verifierbart med hjälp av ett bevis. Denna rapport presenterar ett protokoll kapabelt till att producera verifierbara och integritetsbevarande svar på frågor om en viss händelse i loggen genom användning av Merkle-träd. Vid avsaknad av den förfrågade händelsen används ny metod för att autentisera ett Bloom filter med hjälp av Merkle-träd. Eftersom Bloom filtren är en probabilistisk konstruktion presenteras även en metod för att hantera falsk positiva svar.

Mit aktuell vorhandenen Mitteln ist es schwierig, objektiv approximative Algorithmen zum Mengenabgleich gegenüberzustellen und zu vergleichen. Jeder Algorithmus kann durch unterschiedliche Wahl seiner jeweiligen Parameter an ein gegebenes Szenario angepasst werden und so zum Beispiel Bandbreiten- oder CPU-optimiert werden. Änderungen an den Parametern gehen jedoch meistens auch mit Änderungen an der Genauigkeit bei der Erkennung von Differenzen in den teilnehmenden Mengen einher und behindern somit objektive Vergleiche, die auf derselben Genauigkeit basieren. In dieser Arbeit wird eine Methodik entwickelt, die einen fairen Vergleich von approximativen Algorithmen zum Mengenabgleich erlaubt. Dabei wird eine feste Zielgenauigkeit definiert und im Weiteren alle die Genauigkeit beeinflussenden Parameter entsprechend gesetzt. Diese Methode ist universell genug, um für eine breite Masse an Algorithmen eingesetzt zu werden. In der Arbeit wird sie auf zwei triviale hashbasierte Algorithmen, einem basierend auf Bloom Filtern und einem basierend auf Merkle Trees angewandt, um dies zu untermauern. Im Vergleich zu vorherigen Arbeiten zu Merkle Trees wird vorgeschlagen, die Größe der Hashsummen dynamisch im Baum zu wählen und so den Bandbreitenbedarf an die gewünschte Zielgenauigkeit anzupassen. Dabei entsteht eine neue Variante des Mengenabgleichs mit Merkle Trees, bei der sich erstmalig die Genauigkeit konfigurieren lässt. Eine umfassende Evaluation eines jeden der vier unter dem Genauigkeitsmodell angepassten Algorithmen bestätigt die Anwendbarkeit der entwickelten Methodik und nimmt eine Neubewertung dieser Algorithmen vor. Die vorliegenden Ergebnisse erlauben die Auswahl eines effizienten Algorithmus für unterschiedliche praktische Szenarien basierend auf einer gewünschten Zielgenauigkeit. Die präsentierte Methodik zur Bestimmung passender Parameter, um für unterschiedliche Algorithmen die gleiche Genauigkeit zu erreichen, kann auch auf weitere Algorithmen zum Mengenabgleich angewandt werden und erlaubt eine objektive, allgemeingültige Einordnung ihrer Leistung unter verschiedenen Metriken. Der in der Arbeit entstandene neue approximative Mengenabgleich mit Merkle Trees erweitert die Anwendbarkeit von Merkle Trees und wirft ein neues Licht auf dessen Effektivität. / The objective comparison of approximate versioned set reconciliation algorithms is challenging. Each algorithm's behaviour can be tuned for a given use case, e.g. low bandwidth or computational overhead, using different sets of parameters. Changes of these parameters, however, often also influence the algorithm's accuracy in recognising differences between participating sets and thus hinder objective comparisons based on the same level of accuracy. We develop a method to fairly compare approximate set reconciliation algorithms by enforcing a fixed accuracy and deriving accuracy-influencing parameters accordingly. We show this method's universal applicability by adopting two trivial hash-based algorithms as well as set reconciliation with Bloom filters and Merkle trees. Compared to previous research on Merkle trees, we propose to use dynamic hash sizes to align the transfer overhead with the desired accuracy and create a new Merkle tree reconciliation algorithm with an adjustable accuracy target. An extensive evaluation of each algorithm under this accuracy model verifies its feasibility and ranks these four algorithms. Our results allow to easily choose an efficient algorithm for practical set reconciliation tasks based on the required level of accuracy. Our way to find configuration parameters for different, yet equally accurate, algorithms can also be adopted to other set reconciliation algorithms and allows to rate their respective performance in an objective manner. The resultant new approximate Merkle tree reconciliation broadens the applicability of Merkle trees and sheds some new light on its effectiveness.

The emerging Blockchain technology has the potential to shift the traditional centralized systems to become more flexible, efficient and decentralized. An important area to apply this capability is supply chain. Supply chain visibility and transparency has become an important aspect of a successful supply chain platform as it becomes more complex than ever before. The complexity comes from the number of participants involved and the intricate roles and relations among them. This puts more pressure on the system and the customers in terms of system availability and tamper-resistant data. This thesis presents a private and permisioned application that uses Blockchain and aims to automate the shipping processes among different participants in the supply chain ecosystem. Data in this private ledger is governed with the participants’ invocation of their smart contracts. These smart contracts are designed to satisfy the participants’ different roles in the supply chain. Moreover, this thesis discusses the performance measurements of this application results in terms of the transaction throughput, transaction average latency and resource utilization. / Graduate

The integrity of information systems is predicated on the integrity of processes that manipulate data. Processes are conventionally executed using the conventional von Neumann (VN) architecture. The VN computation model is plagued by a large trusted computing base (TCB), due to the need to include memory and input/output devices inside the TCB. This situation is becoming increasingly unjustifiable due to the steady addition of complex features such as platform virtualization, hyper-threading, etc. In this research work, we propose a new model of computation - TCB minimizing model of computation (TMMC) - which explicitly seeks to minimize the TCB, viz., hardware and software that need to be trusted to guarantee the integrity of execution of a process. More specifically, in one realization of the model, the TCB can be shrunk to include only a low complexity module; in a second realization, the TCB can be shrunk to include nothing, by executing processes in a blockchain network. The practical utilization of TMMC using a low complexity trusted module, as well as a blockchain network, is detailed in this research work. The utility of the TMMC model in guaranteeing the integrity of execution of a wide range of useful algorithms (graph algorithms, computational geometric algorithms, NP algorithms, etc.), and complex large-scale processes composed of such algorithms, are investigated.

An audit log enables us to discover malfeasance in a system and to understand a security breach after it has happened. An audit log is meant to preserve information about important events in a system in a non-repudiable manner. Naturally, the audit log is often a target for malicious actors trying to cover the traces of an attack. The most common type of attack would be to try to remove or modify entries which contain information about some events in the system that a malicious actor does not want anyone to know about. In this thesis, the state-of-the-art research on secure logging is presented together with a design for a new logging system. The new design has superior properties in terms of both security and functionality compared to the current EJBCA implementation. The design is based on a combination of two well-cited logging schemes presented in the literature. Our design is an audit log built on a Merkle tree structure which enables efficient integrity proofs, flexible auditing schemes, efficient queries and exporting capabilities. On top of the Merkle tree structue, an FssAgg (Forward secure sequential Aggregate) MAC (Message Authentication Code) is introduced which strengthens the resistance to truncation-attacks and provides more options for auditing schemes. A proof-of-concept implementation was created and performance was measured to show that the combination of the Merkle tree log and the FssAgg MAC does not significantly reduce the performance compared to the individual schemes, while offering better security. The logging system design and the proof-of-concept implementation presented in this project will serve as a starting point for PrimeKey when developing a new audit log for EJBCA. / En granskningslogg är viktig eftersom den ger oss möjligheten att upptäcka misstänkt aktivitet i ett system. Granskningsloggen ger också möjligheten att undersöka och förstå ett säkerhetsintrång efter att det har inträffat. En attackerare som komprometterar ett system har ofta granskningsloggen som mål, eftersom de ofta vill dölja sina spår. I denna rapport presenteras en litteraturstudie av nuvarande forskning på säkra loggingsystem samt en design av ett nytt loggingsystem. Det nya loggingsystemet har bättre säkerhetsegentskaper och funktionalitet jämfört med den nuvarande implementationen i EJBCA. Designen bygger på en kombination av två välciterade forskningsartiklar. Vår design är en granskningslogg baserad på en Merkle träd-struktur som möjliggör effektiva bevis av loggens integritet, flexibel granskning, effektiv sökning och exportfunktionalitet. Förutom Merkle träd-strukturen består den nya loggen även av en FssAgg (Forward secure sequential Aggregate) MAC (Message Authentication Code) som förstärker loggens motstånd mot trunkeringsattacker och möjliggör fler sätt att granska loggen. En prototypimplementation skapades och prestandamätningar genomfördes som visar att kombinationen av Merkle träd-loggen och FssAgg MAC:en inte försämrar loggens prestanda jämfört med de individuella logglösningarna, trots att starkare säkerhet uppnås. Designen av det nya loggingsystemet samt prototypimplementationen kommer att utgöra en grund för PrimeKeys arbete med att implementera en ny audit log i EJBCA.

For this work, two algorithms have been developed to improve the performance of the inconsistency detection by using Merkle trees. The first builds a hash tree from a database schema version, and the second compares two hash trees to find where changes have occurred. The results of performance testing done on the hash tree approach compared to the current approach used by Cisco where all data in the schema is traversed, shows that the hash tree algorithm for inconsistency detection performs significantly better than the complete traversal algorithm in all cases tested, with the exception of when all nodes have changed in the tree. The factor of improvement is directly related to the number of nodes that have to be traversed for the hash tree, which in turn depends on the number of changes done between versions and the positioning in the schema of the nodes that have changed. The real-life example scenarios used for performance testing show that on average, the hash tree algorithm only needs to traverse 1,5% of the number of nodes that the complete traversal algorithm used by Cisco does, and on average gives a 200 times improvement in performance. Even in the worst real-life case used for testing, the hash tree algorithm performed five times better than the complete traversal algorithm. / I detta arbete har två algoritmer utvecklats for att förbättra prestandan på processen att hitta skillnader mellan schemana genom att använda Merkle träd. Den första bygger ett hashträd från schemaversionen, och den andra jämför två hashträd för att hitta var förändringar har skett. Resultaten från prestandautvärderingen som gjorts på hashträdalgoritmen jämfört med nuvarande algoritm som används på Cisco där all data i schemat traverseras, visar att hashträdalgoritmen presterar signifikant bättre än algoritmen som traverserar all data i alla fall som testats, förutom då alla noder har ändrats i trädet. Förbättringsfaktorn är direkt kopplad till antalet noder som behöver traverseras för hashträdalgoritmen, vilket i sin tur beror på antalet förändringar som skett mellan versionerna och positioneringen i schemat av de noder som har förändrats. De exempelscenarior som har tagits från riktiga uppdateringar som har skett för existerande scheman visar att i genomsnitt behöver hashträdalgoritmen bara traversera 1,5% av noderna som den nuvarande algoritmen som används av Cisco måste traversera, och hashträdalgoritmen ger i genomsnitt en 200 gånger prestandaförbättring. Även i det värsta fallet för dessa uppdateringar tagna från verkliga scenarier presterade hashträdalgoritmen fem gånger bättre än algoritmen som traverserar all data i schemat.

Цель работы: разработка концепции эффективной системы учета и отслеживания продукции, основанной на применении блокчейн-технологии, в связи c изменениями в маркировке табачной продукции. Задачи работы: - изучить принципы блокчейн технологий; - изучить принципы «smart-контракта» технологии; - рассмотреть преимущества и недостатки технологии; - разработать smart-контракт; - оценить экономическую эффективность проекта. Объект исследования – блокчейн-технологии. Предмет исследования - процесс маркировки продукции. В первой главе приведен обзор теоретического материала по технологии блокчейн. Вторая глава посвящена разработке методики использования «smart-контракта» при маркировке табачной продукции. В третьей главе рассмотрено применение смарт - контракта для конкретного бизнес-процесса. Результаты работы: практическим результатом работы является концепция умного контракта, который существенно упростит процесс, а также позволит маркировать продукцию и контролировать сбыт. / The main objective is to develop the concept of effective system accounting and product tracking, based on using of blockchain system, due to changes in the labeling of tobacco products. Tasks of this research: - to examine principles of technology blockchain system - to examine principles of “Smart contract” technology - to consider the advantages and disadvantages of technology -to develop a smart contract - to examine the economical efficient of this project The object of this research is block-technology. The subject of the study is the process of labeling products. The first chapter provides an overview of theoretical material of blockchain technology. The second chapter is devoted to developing a methodology of using a "smart contract" for the labeling of tobacco products. The third chapter deals with the application of a smart contract for a particular business process The result of this Project: the practical result of the work is the concept of a smart contract, which will greatly simplify the process and will also allow to label products and control sales.

Today’s Web Public Key Infrastructure (PKI) builds on a homogeneous trust model. All Certificate Authorities (CAs) are equally trusted once they are marked as trusted CAs on the client side. As a result, the security of the Web PKI depends on the weakest CA. Trust heterogeneity and flexibility can be introduced in today’s Web PKI to mitigate the problem. Each client could have different levels of trust in each trusted CA, according to the properties of each CA, such as the location, reputation and scale of the CA. As a result, the loss caused by the compromise of a less trusted CA will be relieved. In this work, we study Flexible-PKI (F-PKI), which is an enhancement of Web PKI, and propose Lite Flexible-PKI (LF-PKI) to address the limitations of F-PKI. LF-PKI is designed to securely and efficiently manage domain policies and enable trust heterogeneity on the client side. The domain owner can issue domain policies for their domains, and the client will have a complete view of the domain policies issued for a specific domain. Based on the collection of domain policies from LF-PKI, trust heterogeneity can be achieved on the client side. Each client will choose the domain policies based on the trust levels of the CA. On the basis of the LF-PKI design, a high-performance implementation of LF-PKI was developed, optimized, and analyzed. The optimized implementation can provide the LF-PKI services for worldwide domains on a single server with moderate hardware. / Dagens Web Public Key Infrastructure (PKI) bygger på en homogen förtroendemodell. Alla certifikatutfärdare (CA) är lika betrodda när de är markerade som betrodda certifikatutfärdare på klientsidan. Som ett resultat beror säkerheten för webb-PKI på den svagaste CA. Förtroendeheterogenitet och flexibilitet kan införas i dagens webb-PKI för att mildra problemet. Varje klient kan ha olika nivåer av förtroende för varje betrodd certifikatutfärdare, beroende på egenskaperna hos varje certifikatutfärdare, såsom certifikatutfärdarens plats, rykte och omfattning. Som ett resultat kommer förlusten som orsakats av kompromissen av en mindre pålitlig CA att avhjälpas. I detta arbete studerar vi Flexible-PKI (F-PKI), som är en förbättring av webb-PKI, och föreslår Lite Flexible-PKI (LF-PKI) för att ta itu med begränsningarna hos F-PKI. LF-PKI är utformad för att säkert och effektivt hantera domänpolicyer och möjliggöra förtroendeheterogenitet på klientsidan. Domänägaren kan utfärda domänpolicyer för sina domäner, och klienten kommer att ha en fullständig bild av domänpolicyerna som utfärdats för en specifik domän. Baserat på insamlingen av domänpolicyer från LF-PKI kan förtroendeheterogenitet uppnås på klientsidan. Varje klient kommer att välja domänpolicyer baserat på förtroendenivåerna för CA. På basis av LF-PKI-designen utvecklades, optimerades och analyserades en högpresterande implementering av LF-PKI. Den optimerade implementeringen kan tillhandahålla LF-PKI-tjänster för världsomspännande domäner på en enda server med måttlig hårdvara.