TY  - THES
A1  - Sterzel, Till
T1  - Analyzing global typologies of socio-ecological vulnerability
BT  - the cases of human security in drylands, and rapid coastal urbanization
N2  - On a planetary scale human populations need to adapt to both socio-economic and environmental problems amidst rapid global change. This holds true for coupled human-environment (socio-ecological) systems in rural and urban settings alike. Two examples are drylands and urban coasts. Such socio-ecological systems have a global distribution. Therefore, advancing the knowledge base for identifying socio-ecological adaptation needs with local vulnerability assessments alone is infeasible: The systems cover vast areas, while funding, time, and human resources for local assessments are limited. They are lacking in low an middle-income countries (LICs and MICs) in particular. 
But places in a specific socio-ecological system are not only unique and complex – they also exhibit similarities. A global patchwork of local rural drylands vulnerability assessments of human populations to socio-ecological and environmental problems has already been reduced to a limited number of problem structures, which typically cause vulnerability. However, the question arises whether this is also possible in urban socio-ecological systems. The question also arises whether these typologies provide added value in research beyond global change. Finally, the methodology employed for drylands needs refining and standardizing to increase its uptake in the scientific community. In this dissertation, I set out to fill these three gaps in research.
The geographical focus in my dissertation is on LICs and MICs, which generally have lower capacities to adapt, and greater adaptation needs, regarding rapid global change. Using a spatially explicit indicator-based methodology, I combine geospatial and clustering methods to identify typical configurations of key factors in case studies causing vulnerability to human populations in two specific socio-ecological systems. Then I use statistical and analytical methods to interpret and appraise both the typical configurations and the global typologies they constitute.
First, I improve the indicator-based methodology and then reanalyze typical global problem structures of socio-ecological drylands vulnerability with seven indicator datasets. The reanalysis confirms the key tenets and produces a more realistic and nuanced typology of eight spatially explicit problem structures, or vulnerability profiles: Two new profiles with typically high natural resource endowment emerge, in which overpopulation has led to medium or high soil erosion. Second, I determine whether the new drylands typology and its socio-ecological vulnerability concept advance a thematically linked scientific debate in human security studies: what drives violent conflict in drylands? The typology is a much better predictor for conflict distribution and incidence in drylands than regression models typically used in peace research. Third, I analyze global problem structures typically causing vulnerability in an urban socio-ecological system - the rapidly urbanizing coastal fringe (RUCF) – with eleven indicator datasets. The RUCF also shows a robust typology, and its seven profiles show huge asymmetries in vulnerability and adaptive capacity. The fastest population increase, lowest income, most ineffective governments, most prevalent poverty, and lowest adaptive capacity are all typically stacked in two profiles in LICs. This shows that beyond local case studies tropical cyclones and/or coastal flooding are neither stalling rapid population growth, nor urban expansion, in the RUCF. I propose entry points for scaling up successful vulnerability reduction strategies in coastal cities within the same vulnerability profile.
This dissertation shows that patchworks of local vulnerability assessments can be generalized to structure global socio-ecological vulnerabilities in both rural and urban socio-ecological systems according to typical problems. In terms of climate-related extreme events in the RUCF, conflicting problem structures and means to deal with them are threatening to widen the development gap between LICs and high-income countries unless successful vulnerability reduction measures are comprehensively scaled up. The explanatory power for human security in drylands warrants further applications of the methodology beyond global environmental change research in the future. Thus, analyzing spatially explicit global typologies of socio-ecological vulnerability is a useful complement to local assessments: The typologies provide entry points for where to consider which generic measures to reduce typical problem structures – including the countless places without local assessments. This can save limited time and financial resources for adaptation under rapid global change.
N2  - Menschliche Gesellschaften müssen sich weltweit an sozioökonomische und ökologische Probleme unter rapidem globalen Wandel anpassen. Dies gilt für gekoppelte Mensch-Umwelt-Systeme (sozio-ökologische Systeme) in ländlichen und in städtischen Gebieten. Beispiele sind Trockengebiete oder urban geprägte Küsten. Solche sozio-ökologischen Systeme haben eine globale Ausdehnung. Daher ist es nicht praktikabel, die Wissensbasis zur Ermittlung des sozio-ökologischen Anpassungsbedarfs allein mit lokalen Vulnerabilitätsanalysen voranzutreiben: Die Systeme decken große Gebiete ab, während finanzielle Mittel, Zeit und Personal für lokale Analysen begrenzt sind. In Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen (LICs und MICs) mangelt es daran besonders.
Aber Orte in einem konkreten sozioökologischen System sind nicht nur einzigartig und komplex – sie weisen auch Gemeinsamkeiten auf. Ein globaler Flickenteppich lokaler Vulnerabilitätsanalysen von Gesellschaften gegenüber sozioökonomischen und ökologischen Problemen in Trockengebieten wurde bereits auf eine begrenzte Anzahl von Problemstrukturen reduziert, die typischerweise Verwundbarkeiten verursachen. Es stellt sich jedoch die Frage, ob dies auch in urbanen sozioökologischen Systemen möglich ist. Es stellt sich auch die Frage, ob diese Typologien über die Forschung zum globalen Wandel hinaus einen Mehrwert bieten. Schließlich muss die für Trockengebiete angewandte Methodik verfeinert und standardisiert werden, um ihre Aufnahme in der Wissenschaft zu erhöhen. In dieser Dissertation habe ich versucht, diese drei Forschungslücken zu schließen.
Der geografische Schwerpunkt meiner Dissertation liegt auf LICs und MICs, die im Allgemeinen über geringere Anpassungskapazitäten und einen größeren Anpassungsbedarf gegenüber schnellen globalen Wandels verfügen. Unter Verwendung einer räumlich expliziten, indikatorgestützten Methodik kombiniere ich raumbezogene und Clustering-Methoden, um typische Konfigurationen von Schlüsselfaktoren in Fallstudien zu identifizieren, die Verwundbarkeiten für Gesellschaften in zwei spezifischen sozio-ökologischen Systemen verursachen. Dann benutze ich statistische und analytische Methoden, um sowohl die typischen Konfigurationen als auch die globalen Typologien zu interpretieren und zu bewerten.
Im ersten Teil verbessere ich die indikatorbasierte Methodik und reanalysiere dann typische globale Problemstrukturen sozioökologischer Verwundbarkeit in ländlichen Trockengebieten mit sieben Indikatordatensätzen. Die Reanalyse bestätigt die Kernaussagen und führt zu einer realistischeren und differenzierteren Typologie von acht räumlich expliziten Problemstrukturen bzw. Vulnerabilitätsprofilen: Zwei neue Profile mit typischer hoher natürlicher Ressourcenausstattung treten auf, in denen Überbevölkerung zu mittlerer bis hoher Bodenerosion geführt hat. Im zweiten Teil stelle ich fest, ob die neue Trockengebietstypologie und ihr sozioökologisches Vulnerabilitätskonzept eine thematisch verknüpfte wissenschaftliche Debatte über menschliche Sicherheit vorantreiben können: Was treibt gewalttätige Konflikte in Trockengebieten an? Die Typologie ist ein deutlich besserer Prädiktor für die Verteilung und Inzidenz von Konflikten in Trockengebieten als Regressionsmodelle, die typischerweise in der Friedensforschung verwendet werden. Im dritten Teil analysiere ich mit elf Indikatordatensätzen globale Problemstrukturen, die in einem urbanen sozioökologischen System - der rapide urbanisierenden Küstenzone (RUCF) – typischerweise Verwundbarkeiten verursachen. Die RUCF weist ebenfalls eine robuste Typologie auf und ihre sieben Profile zeigen große Asymmetrien in Bezug auf Vulnerabilität und Anpassungskapazität. Der schnellste Bevölkerungszuwachs, das niedrigste Einkommen, die ineffektivsten Regierungen, die am weitesten verbreitete Armut und die geringste Anpassungskapazität sind typischerweise in zwei Profilen in LICs geballt. Dies zeigt jenseits von lokalen Analysen, dass tropische Wirbelstürme und / oder Überschwemmungen im RUCF weder schnelles Bevölkerungswachstum noch städtische Expansion verhindern. Ich schlage Einstiegspunkte für die Skalierung erfolgreicher Strategien zur Reduzierung von Vulnerabilität in Küstenstädten innerhalb des gleichen Vulnerabilitätsprofils vor.
Diese Dissertation zeigt, dass Flickenteppiche lokaler Vulnerabilitätsanalysen verallgemeinert werden können, um globale sozioökologische Vulnerabilitäten in ländlichen und städtischen sozioökologischen Systemen nach typischen Problemstrukturen zu systematisieren. In Bezug auf klimatische Extremereignisse drohen sich entgegenstehende Problemstrukturen und Mittel, um mit ihnen umzugehen, die Entwicklungslücke zwischen LICs und Ländern mit hohem Einkommen in der RUCF zu vergrößern, wenn erfolgreiche Maßnahmen zur Vulnerabilitätsreduzierung nicht umfassend ausgeweitet werden. Die Erklärungskraft für menschliche Sicherheit in Trockengebieten berechtigt weitere Anwendungen der Methodik über die globale Umweltforschung hinaus. Die Analyse räumlich expliziter globaler Typologien sozio-ökologischer Vulnerabilität ist daher eine sinnvolle Ergänzung zu lokalen Analysen: Die Typologien bieten Einstiegspunkte dafür, welche generischen Maßnahmen wo in Betracht zu ziehen, um typische Problemstrukturen zu reduzieren - einschließlich der unzähligen Orte ohne lokale Analysen. Dies kann begrenzte Zeit und finanzielle Ressourcen für Anpassung unter rapidem globalen Wandel sparen.
KW  - vulnerability
KW  - global environmental change
KW  - patterns
KW  - drylands
KW  - indicator-based analysis
KW  - adaptation
KW  - Socio-ecological system
KW  - cluster analysis
KW  - subnational resolution
KW  - resource scarcity
KW  - environment
KW  - coastal cities
KW  - coastal urbanization
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-428837
ER  - 
TY  - THES
A1  - Gawron, Marian
T1  - Towards automated advanced vulnerability analysis
N2  - The identification of vulnerabilities in IT infrastructures is a crucial problem in enhancing the security, because many incidents resulted from already known vulnerabilities, which could have been resolved. Thus, the initial identification of vulnerabilities has to be used to directly resolve the related weaknesses and mitigate attack possibilities. The nature of vulnerability information requires a collection and normalization of the information prior to any utilization, because the information is widely distributed in different sources with their unique formats. Therefore, the comprehensive vulnerability model was defined and different sources have been integrated into one database. Furthermore, different analytic approaches have been designed and implemented into the HPI-VDB, which directly benefit from the comprehensive vulnerability model and especially from the logical preconditions and postconditions.
Firstly, different approaches to detect vulnerabilities in both IT systems of average users and corporate networks of large companies are presented. Therefore, the approaches mainly focus on the identification of all installed applications, since it is a fundamental step in the detection. This detection is realized differently depending on the target use-case. Thus, the experience of the user, as well as the layout and possibilities of the target infrastructure are considered. Furthermore, a passive lightweight detection approach was invented that utilizes existing information on corporate networks to identify applications. 
In addition, two different approaches to represent the results using attack graphs are illustrated in the comparison between traditional attack graphs and a simplistic graph version, which was integrated into the database as well. The implementation of those use-cases for vulnerability information especially considers the usability. Beside the analytic approaches, the high data quality of the vulnerability information had to be achieved and guaranteed. The different problems of receiving incomplete or unreliable information for the vulnerabilities are addressed with different correction mechanisms. The corrections can be carried out with correlation or lookup mechanisms in reliable sources or identifier dictionaries. Furthermore, a machine learning based verification procedure was presented that allows an automatic derivation of important characteristics from the textual description of the vulnerabilities.
N2  - Die Erkennung von Schwachstellen ist ein schwerwiegendes Problem bei der Absicherung von modernen IT-Systemen. Mehrere Sicherheitsvorfälle hätten durch die vorherige Erkennung von Schwachstellen verhindert werden können, da in diesen Vorfällen bereits bekannte Schwachstellen ausgenutzt wurden. Der Stellenwert der Sicherheit von IT Systemen nimmt immer weiter zu, was auch mit der Aufmerksamkeit, die seit kurzem auf die Sicherheit gelegt wird, zu begründen ist. Somit nimmt auch der Stellenwert einer Schwachstellenanalyse der IT Systeme immer mehr zu, da hierdurch potenzielle Angriffe verhindert und Sicherheitslücken geschlossen werden können. Die Informationen über Sicherheitslücken liegen in verschiedenen Quellen in unterschiedlichen Formaten vor. Aus diesem Grund wird eine Normalisierungsmethode benötigt, um die verschiedenen Informationen in ein einheitliches Format zu bringen. Das damit erzeugte Datenmodell wird in der HPI-VDB gespeichert, in die auch darauf aufbauende Analyseansätze integriert wurden. Diese Analysemethoden profitieren direkt von den Eigenschaften des Datenmodells, das maschinenlesbare Vor- und Nachbedingungen enthält. 
Zunächst wurden verschiedene Methoden zur Erkennung von Schwachstellen in IT Systemen von durchschnittlichen Nutzern und auch in Systemen von großen Firmen entwickelt. Hierbei wird der Identifikation der installierten Programme die größte Aufmerksamkeit beigemessen, da es der grundlegende Bestandteil der Erkennung von Schwachstellen ist. Für die Ansätze wird weiterhin die Erfahrung des Nutzers und die Eigenschaften der Zielumgebung berücksichtigt. 
Zusätzlich wurden zwei weitere Ansätze zur Repräsentation der Ergebnisse integriert. Hierfür wurden traditionelle Angriffsgraphen mit einer vereinfachten Variante verglichen, die auch in die Datenbank integriert wurde. Des Weiteren spielt die Datenqualität eine wichtige Rolle, da die Effizienz der Analysemethoden von der Qualität der Informationen abhängt. Deshalb wurden Probleme wie Unvollständigkeit und Unzuverlässigkeit der Informationen mit verschiedenen Korrekturansätzen bewältigt. Diese Korrekturen werden mithilfe von Korrelationen und Maschinellem Lernen bewerkstelligt, wobei die automatische Ausführbarkeit eine grundlegende Anforderung darstellt.
KW  - IT-security
KW  - vulnerability
KW  - analysis
KW  - IT-Sicherheit
KW  - Schwachstelle
KW  - Analyse
Y1  - 2019
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-426352
ER  -