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Extending An+cipa+on Games with Loca+on, Penalty and Timeline Elie Bursztein LSV, ENSCachan

Extending)An+cipa+on)Games)) with)Loca+on,)Penalty)and ... · Extending)An+cipa+on)Games)) with)Loca+on,)Penalty)and)Timeline) Elie)Bursztein)) LSV,ENSBCachan)

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Extending  An+cipa+on  Games    with  Loca+on,  Penalty  and  Timeline  

Elie  Bursztein    LSV,  ENS-­‐Cachan  

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I.  Background  II.  Loca+on  III.  Timeline  IV.  Penalty  

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Background  

The  art  of  war  is  of  vital  importance  to  the  State.    Sun  Tzu,  The  art  of  war  I.1    

I.  Background  II.  Framework  III.  Loca+on  IV.  Timeline  V.  Penalty  

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Network  is  geJng  more  and  more  complex  

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Opte  project  

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AMack  techniques  are  geJng  more  and  more  sophis+cated  

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Cert/  Carnegie  Mellon  University  

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Sandia  Red  Team  “White  Board”  a;ack  graph  from  DARPA  CC20008  InformaFon  ba;le  space  preparaFon  experiment  

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Take  into  account  the  collateral  damages  

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Deal  with  the  interac+on  of  users  

Exploit  vulnerabili+es  

 Abuse  trust  rela+ons  

Patch  

Firewall  

Restore  

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Model    the  temporal  dimension  

Cert/  Carnegie  Mellon  University  

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   Take  into  account  the  financial  dimension  

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Network  are  very  big  so  usual  techniques  does  not  work  well      

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Framework  

In  war,  then,  let  your  great  object  be  victory,  not  lengthy  campaigns.  

Sun  Tzu,  The  art  of  war  II.19    

I.  Background  II.  Framework  III.  Loca+on  IV.  Timeline  V.  Penalty  

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NetQi  is  a  framework  for  network  risk  analysis    

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its  a  4th  genera+on*  framework    

*Baskerville    classifica+on  1993  

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Previous  framework  

  AMack  graph    NetSpa    MulVal    Cauldron  

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SEIR  model  

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its  model  is  based  on  game  theory  and  modal  logic    

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An  an+cipa+on  game  is  a  dual  layer  structure  

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The  lower  layer  called  dependency  graph  is  used  to  represent  the  network  

state  

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The  upper  layer  called  an+cipa+on  game  is  used  to  model  the  network  

evolu+on  

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1   2   3   4   5   6   7  

ρ(Public)   T   T   T   T   T   T   T  

ρ(Vuln)   ⊥   ⊥   T   ⊥   ⊥   T   ⊥  

ρ(Compr)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(Detected)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(Monitored)   ⊥   T   T   T   ⊥   ⊥   ⊥  

1   2   3   4   5   6   7  

ρ(Odayavail)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(CustomAvail)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(PubAvail)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(PubPatch)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

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Exploit  web  server  

1 2 3

54

6

Patch  Email  server  

Exploit  email  server  

Patch  web  server   Patch  Email  server  

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1   2   3   4   5   6  ρ(Public)   ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  ρ(Vuln)   ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  ρ(Compr)   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥   ⊥  

ρ(NeedPub

)  ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  

1   2   3   4   5   6  ρ(Public)   ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  ρ(Vuln)   ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  ρ(Compr)   ⊥   ⊥   ⊥   T   ⊥   ⊥  

ρ(NeedPub

)  ⊥   ⊥   ⊥   T   T   ⊥  

Rule  Execu+on  

State  1   State  2  

Precondi+ons   Effects  Time  

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A  successor  node  is  compromised  

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Precondi+ons  Time  Player  Ac+on  name  Cost  Postcondi+ons  

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Network  Exploit  4  in  3  unit   Firewall  4  in  1  unit  

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Loca+on  

I.  Background  II.  Framework  III.  Loca+on  IV.  Timeline  V.  Penalty  

The  highest  form  of  generalship  is  to  balk  the  enemy's  plans    Sun  Tzu,  The  art  of  war  VIII.31    

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Rules  by  defini+on  can  be  applied  to  any  vertex  

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Some+me  you  need  to  be  able  to  restrict  their  scope  

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Scope  restric+on  are  enforced  by  loca+on  

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A  rule  is  global  if  no  loca+on  is  specified  

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A  rule  is  local  if  the  same  loca+on  is  specified  for  the  node  and  its  

successors  

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A  rule  is  transi+ve  if  a  different  loca+on  is  specified  for  the  node  and  its  

successors  

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Timeline  

I.  Background  II.  Framework  III.  Implementa+on  IV.  Applica+ons  

Success  in  warfare  is  gained  by  carefully  accommodaFng  ourselves  to  the  enemy's  purpose.  

 Sun  Tzu,  The  art  of  war  IV.13    

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In  order  to  express  a  causal  rela+on  between  ac+on  we  need  to  be  able  to  

model  a  +meline  

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Penality  

I.  Background  II.  Framework  III.  Implementa+on  IV.  Applica+ons  

To  secure  ourselves  against  defeat  lies  in  our  own  hands    Sun  Tzu,  The  art  of  war  IV.2    

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A  Penalty  allows  to  add  a  dura+on  based  cost  

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Model-­‐checking  an+cipa+on  game  with  loca+on  and  penalty  is  EXPTIME-­‐

Complete  

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A  counter-­‐example  is  an  aMack  and  there  can  be  a  lot  of  counter-­‐example    

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How  do  you  know  which  counter-­‐example  is  the  most  relevant  one?  

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Strategy  objec+ves  mix  constraints    with  costs  and  rewards  

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S:  (name,  P,  O,  R,  C)  

name  Player  Numerical  objec+ves  Objec+ves  order  Constraintes  

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General  op+ons  

Set  of  states  

Players  Rules  

Dependency  graph  

Penalty  

Goal  

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Demonstra+on  

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Analysis   services   Network   Time  

Exact   30   3   0.03  

Exact   40   3   0.1  

Exact   20   4   1020  

Approx   2000   1   0.48  

Approx   5000   4   0.82  

Approx   10000   3   2.26  

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Conclusion  

If  you  know  the  enemy  and  know  yourself,  your  victory  will  not  stand  in  doubt;      if  you  know  Heaven  and  know  Earth,  you  may  make  your  victory  complete.  

 Sun  Tzu,  The  art  of  war  VIII.31    

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