abstract: Reasoning about the activities of cyber threat actors is critical to defend against cyber attacks. However, this task is difficult for a variety of reasons. In simple terms, it is difficult to determine who the attacker is, what the desired goals are of the attacker, and how they will carry out their attacks. These three questions essentially entail understanding the attacker’s use of deception, the capabilities available, and the intent of launching the attack. These three issues are highly inter-related. If an adversary can hide their intent, they can better deceive a defender. If an adversary’s capabilities are not well understood, then determining what their goals are becomes difficult as the defender is uncertain if they have the necessary tools to accomplish them. However, the understanding of these aspects are also mutually supportive. If we have a clear picture of capabilities, intent can better be deciphered. If we understand intent and capabilities, a defender may be able to see through deception schemes. In this dissertation, I present three pieces of work to tackle these questions to obtain a better understanding of cyber threats. First, we introduce a new reasoning framework to address deception. We evaluate the framework by building a dataset from DEFCON capture-the-flag exercise to identify the person or group responsible for a cyber attack. We demonstrate that the framework not only handles cases of deception but also provides transparent decision making in identifying the threat actor. The second task uses a cognitive learning model to determine the intent – goals of the threat actor on the target system. The third task looks at understanding the capabilities of threat actors to target systems by identifying at-risk systems from hacker discussions on darkweb websites. To achieve this task we gather discussions from more than 300 darkweb websites relating to malicious hacking. / Dissertation/Thesis / Doctoral Dissertation Computer Engineering 2018

La World Wide Web actual está compuesta principalmente por documentos escritos para su presentación visual para usuarios humanos. Sin embargo, para obtener todo el potencial de la web es necesario que los programas de computadoras o agentes sean capaces de comprender la información presente en la web. En este sentido, la Web Semántica es una visión futura de la web donde la información tiene significado exacto, permitiendo así que las computadoras entiendan y razonen en base a la información hallada en la web. La Web Semántica propone resolver el problema de la asignación de semántica a los recursos web por medio de metadatos cuyo significado es dado a través de definiciones de ontologías, que son formalizaciones del conocimiento de un dominio de aplicación. El estándar del World Wide Web Consortium propone que las ontologías sean definidas en el lenguaje OWL, el cual se halla basado en las Lógicas para la Descripción. A pesar de que las definiciones de ontologías expresadas en Lógicas para la Descripción pueden ser procesadas por razonadores estándar, tales razonadores son incapaces de lidiar con ontologías inconsistentes. Los sistemas argumentativos constituyen una formalización del razonamiento rebatible donde se pone especial enfasis en la noción de argumento. Así, la construcción de argumentos permite que un agente obtenga conclusiones en presencia de información incompleta y potencialmente contradictoria. En particular, la Programación en Lógica Rebatible es un formalismo basado en la argumentación rebatible y la Programación en Lógica. En esta Disertación, la importancia de la definición de ontologías para poder llevar a cabo la realización de la iniciativa de la Web Semántica junto con la presencia de ontologías incompletas y potencialmente contradictorias motivó el desarrollo de un marco de razonamiento con las llamadas -ontologías. Investigaciones previas de otros autores, determinaron que un subconjunto de las Lógicas para la Descripción pueden ser traducidas efectivamente a un conjunto de la Programación en Lógica. Nuestra propuesta involucra asignar semántica a ontologías expresadas en Lógicas para la Descripción por medio de Programas Lógicos Rebatibles para lidiar con definiciones de ontologías inconsistentes en la Web Semántica. Esto es, dada una ontología OWL expresada en el lenguaje OWLDL, es posible construir una ontología DL equivalente expresada en las Lógicas para la Descripción. En el caso en que DL satisfaga ciertas restricciones, esta puede ser expresada como un programa DeLP P. Por lo tanto, dada una consulta acerca de la pertenencia de una instancia a a un cierto concepto C expresada con respecto a OWL, se realiza un análisis dialectico con respecto a P para determinar todas las razones a favor y en contra de la plausibilidad de la afirmación C(a). Por otro lado, la integración de datos es el problema de combinar datos residiendo en diferentes fuentes y el de proveer al usuario con una vista unificada de dichos datos. El problema de diseñar sistemas de integración de datos es particularmente importante en el contexto de aplicaciones en la Web Semántica donde las ontologías son desarrolladas independientemente unas de otras, y por esta razón pueden ser mutuamente inconsistentes. Dada una ontología, nos interesa conocer en que condiciones un individuo es una instancia de un cierto concepto. Como cuando se tienen varias ontologías, los mismos conceptos pueden tener nombres distintos para un mismo significado o aún nombres iguales para significados diferentes, para relacionar los conceptos entre dos ontologías diferentes se utilizaron reglas puente o de articulación. De esta manera, un concepto se corresponde a una vista sobre otros conceptos de otra ontología. Mostramos también bajo que condiciones la propuesta del razonamiento con -ontologías puede ser adaptada a los dos tipos de integración de ontologías global-as-view y local-as-view considerados en la literatura especializada. Además, analizamos las propiedades formales que se desprenden de este acercamiento novedoso al tratamiento de ontologías inconsistentes en la Web Semántica. Los principales resultados obtenidos son que, como la interpretación de -ontologías como Programas Lógicos Rebatibles es realizada a través de una función de transformación que preserva la semántica de las ontologías involucradas, los resultados obtenidos al realizar consultas son sensatos. También, mostramos que el operador presentado es además consistente y significativo. El acercamiento al razonamiento en presencia de ontologías inconsistentes brinda la posibilidad de abordar de una manera ecaz ciertos problemas de aplicacion del ámbito del comercio electrónico, donde el modelo de reglas de negocio puede ser especificado en términos de ontologías. Entonces, la capacidad de razonar frente a ontologías inconsistentes permite abordajes alternativos conceptualmente más claros, ya que es posible automatizar ciertas decisiones de negocios tomadas a la luz de un conjunto de reglas de negocio posiblemente inconsistentes expresadas como una o varias ontologías y tener un sistema capaz de brindar una explicación del porque se arribo a una conclusión determinada. En consecuencia, presentamos entonces una aplicación del razonamiento sobre ontologías inconsistentes por medio de la argumentación rebatible al modelado de formularios en la World Wide Web. La noción de los formularios como una manera de organizar y presentar datos ha sido utilizada desde el comienzo de la World Wide Web. Los formularios Web han evolucionado junto con el desarrollo de nuevos lenguajes de marcado, en los cuales es posible proveer guiones de validación como parte del código del formulario para verificar que el signifiado pretendido del formulario es correcto. Sin embargo, para el diseñador del formulario, parte de este significado pretendido frecuentemente involucra otras características que no son restricciones por sí mismas, sino más bien atributos emergentes del formulario, los cuales brindan conclusiones plausibles en el contexto de información incompleta y potencialmente contradictoria. Como el valor de tales atributos puede cambiar en presencia de nuevo conocimiento, los llamamos atributos rebatibles. Propusimos entonces extender los formularios web para incorporar atributos rebatibles como parte del conocimiento que puede ser codifiado por el diseñador del formulario, por medio de los llamados -formularios; dicho conocimiento puede ser especificado mediante un programa DeLP, y posteriormente, como una ontología expresada en Lógicas para la Descripción.