Technische Berichte des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam
ISSN (print) 1613-5652
ISSN (online) 2191-1665
URN urn:nbn:de:kobv:517-series-822
Herausgegeben von den
Professoren des Hasso-Plattner-Instituts für Softwaresystemtechnik an der Universität Potsdam
ISSN (online) 2191-1665
URN urn:nbn:de:kobv:517-series-822
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Die Cloud für Schulen in Deutschland
(2017)
- Die digitale Entwicklung durchdringt unser Bildungssystem, doch Schulen sind auf die Veränderungen kaum vorbereitet: Überforderte Lehrer/innen, infrastrukturell schwach ausgestattete Unterrichtsräume und unzureichend gewartete Computernetzwerke sind keine Seltenheit. Veraltete Hard- und Software erschweren digitale Bildung in Schulen eher, als dass sie diese ermöglichen: Ein zukunftssicherer Ansatz ist es, die Rechner weitgehend aus den Schulen zu entfernen und Bildungsinhalte in eine Cloud zu überführen. Zeitgemäßer Unterricht benötigt moderne Technologie und eine zukunftsorientierte Infrastruktur. Eine Schul-Cloud (https://hpi.de/schul-cloud) kann dabei helfen, die digitale Transformation in Schulen zu meistern und den fächerübergreifenden Unterricht mit digitalen Inhalten zu bereichern. Den Schüler/innen und Lehrkräften kann sie viele Möglichkeiten eröffnen: einen einfachen Zugang zu neuesten, professionell gewarteten Anwendungen, die Vernetzung verschiedener Lernorte, Erleichterung von Unterrichtsvorbereitung und Differenzierung. Die Schul-Cloud bietet Flexibilität, fördert die schul- und fächerübergreifende Anwendbarkeit und schafft eine wichtige Voraussetzung für die gesellschaftliche Teilhabe und Mitgestaltung der digitalen Welt. Neben den technischen Komponenten werden im vorliegenden Bericht ausgewählte Dienste der Schul-Cloud exemplarisch beschrieben und weiterführende Schritte aufgezeigt. Das in Zusammenarbeit mit zahlreichen Expertinnen und Experten am Hasso-Plattner-Institut (HPI) entwickelte und durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Konzept einer Schul-Cloud stellt eine wichtige Grundlage für die Einführung Cloud-basierter Strukturen und -Dienste im Bildungsbereich dar. Gemeinsam mit dem nationalen Excellence-Schulnetzwerk MINT-EC als Kooperationspartner startet ab sofort die Pilotphase. Aufgrund des modularen, skalierbaren Ansatzes der Schul-Cloud kommt dem infrastrukturellen Prototypen langfristig das Potential zu, auch über die begrenzte Anzahl an Pilotschulen hinaus bundesweit effizient eingesetzt zu werden.
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Symbolic model generation for graph properties
(2017)
- Graphs are ubiquitous in Computer Science. For this reason, in many areas, it is very important to have the means to express and reason about graph properties. In particular, we want to be able to check automatically if a given graph property is satisfiable. Actually, in most application scenarios it is desirable to be able to explore graphs satisfying the graph property if they exist or even to get a complete and compact overview of the graphs satisfying the graph property. We show that the tableau-based reasoning method for graph properties as introduced by Lambers and Orejas paves the way for a symbolic model generation algorithm for graph properties. Graph properties are formulated in a dedicated logic making use of graphs and graph morphisms, which is equivalent to firstorder logic on graphs as introduced by Courcelle. Our parallelizable algorithm gradually generates a finite set of so-called symbolic models, where each symbolic model describes a set of finite graphs (i.e., finite models) satisfying the graph property. The set of symbolic models jointly describes all finite models for the graph property (complete) and does not describe any finite graph violating the graph property (sound). Moreover, no symbolic model is already covered by another one (compact). Finally, the algorithm is able to generate from each symbolic model a minimal finite model immediately and allows for an exploration of further finite models. The algorithm is implemented in the new tool AutoGraph.
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Management Digitaler Identitäten
(2017)
- Um den zunehmenden Diebstahl digitaler Identitäten zu bekämpfen, gibt es bereits mehr als ein Dutzend Technologien. Sie sind, vor allem bei der Authentifizierung per Passwort, mit spezifischen Nachteilen behaftet, haben andererseits aber auch jeweils besondere Vorteile. Wie solche Kommunikationsstandards und -Protokolle wirkungsvoll miteinander kombiniert werden können, um dadurch mehr Sicherheit zu erreichen, haben die Autoren dieser Studie analysiert. Sie sprechen sich für neuartige Identitätsmanagement-Systeme aus, die sich flexibel auf verschiedene Rollen eines einzelnen Nutzers einstellen können und bequemer zu nutzen sind als bisherige Verfahren. Als ersten Schritt auf dem Weg hin zu einer solchen Identitätsmanagement-Plattform beschreiben sie die Möglichkeiten einer Analyse, die sich auf das individuelle Verhalten eines Nutzers oder einer Sache stützt. Ausgewertet werden dabei Sensordaten mobiler Geräte, welche die Nutzer häufig bei sich tragen und umfassend einsetzen, also z.B. internetfähige Mobiltelefone, Fitness-Tracker und Smart Watches. Die Wissenschaftler beschreiben, wie solche Kleincomputer allein z.B. anhand der Analyse von Bewegungsmustern, Positionsund Netzverbindungsdaten kontinuierlich ein „Vertrauens-Niveau“ errechnen können. Mit diesem ermittelten „Trust Level“ kann jedes Gerät ständig die Wahrscheinlichkeit angeben, mit der sein aktueller Benutzer auch der tatsächliche Besitzer ist, dessen typische Verhaltensmuster es genauestens „kennt“. Wenn der aktuelle Wert des Vertrauens-Niveaus (nicht aber die biometrischen Einzeldaten) an eine externe Instanz wie einen Identitätsprovider übermittelt wird, kann dieser das Trust Level allen Diensten bereitstellen, welche der Anwender nutzt und darüber informieren will. Jeder Dienst ist in der Lage, selbst festzulegen, von welchem Vertrauens-Niveau an er einen Nutzer als authentifiziert ansieht. Erfährt er von einem unter das Limit gesunkenen Trust Level, kann der Identitätsprovider seine Nutzung und die anderer Services verweigern. Die besonderen Vorteile dieses Identitätsmanagement-Ansatzes liegen darin, dass er keine spezifische und teure Hardware benötigt, um spezifische Daten auszuwerten, sondern lediglich Smartphones und so genannte Wearables. Selbst Dinge wie Maschinen, die Daten über ihr eigenes Verhalten per Sensor-Chip ins Internet funken, können einbezogen werden. Die Daten werden kontinuierlich im Hintergrund erhoben, ohne dass sich jemand darum kümmern muss. Sie sind nur für die Berechnung eines Wahrscheinlichkeits-Messwerts von Belang und verlassen niemals das Gerät. Meldet sich ein Internetnutzer bei einem Dienst an, muss er sich nicht zunächst an ein vorher festgelegtes Geheimnis – z.B. ein Passwort – erinnern, sondern braucht nur die Weitergabe seines aktuellen Vertrauens-Wertes mit einem „OK“ freizugeben. Ändert sich das Nutzungsverhalten – etwa durch andere Bewegungen oder andere Orte des Einloggens ins Internet als die üblichen – wird dies schnell erkannt. Unbefugten kann dann sofort der Zugang zum Smartphone oder zu Internetdiensten gesperrt werden. Künftig kann die Auswertung von Verhaltens-Faktoren noch erweitert werden, indem z.B. Routinen an Werktagen, an Wochenenden oder im Urlaub erfasst werden. Der Vergleich mit den live erhobenen Daten zeigt dann an, ob das Verhalten in das übliche Muster passt, der Benutzer also mit höchster Wahrscheinlichkeit auch der ausgewiesene Besitzer des Geräts ist. Über die Techniken des Managements digitaler Identitäten und die damit verbundenen Herausforderungen gibt diese Studie einen umfassenden Überblick. Sie beschreibt zunächst, welche Arten von Angriffen es gibt, durch die digitale Identitäten gestohlen werden können. Sodann werden die unterschiedlichen Verfahren von Identitätsnachweisen vorgestellt. Schließlich liefert die Studie noch eine zusammenfassende Übersicht über die 15 wichtigsten Protokolle und technischen Standards für die Kommunikation zwischen den drei beteiligten Akteuren: Service Provider/Dienstanbieter, Identitätsprovider und Nutzer. Abschließend wird aktuelle Forschung des Hasso-Plattner-Instituts zum Identitätsmanagement vorgestellt.
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Automatic verification of behavior preservation at the transformation level for relational model transformation
(2017)
- The correctness of model transformations is a crucial element for model-driven engineering of high quality software. In particular, behavior preservation is the most important correctness property avoiding the introduction of semantic errors during the model-driven engineering process. Behavior preservation verification techniques either show that specific properties are preserved, or more generally and complex, they show some kind of behavioral equivalence or refinement between source and target model of the transformation. Both kinds of behavior preservation verification goals have been presented with automatic tool support for the instance level, i.e. for a given source and target model specified by the model transformation. However, up until now there is no automatic verification approach available at the transformation level, i.e. for all source and target models specified by the model transformation. In this report, we extend our results presented in [27] and outline a new sophisticated approach for the automatic verification of behavior preservation captured by bisimulation resp. simulation for model transformations specified by triple graph grammars and semantic definitions given by graph transformation rules. In particular, we show that the behavior preservation problem can be reduced to invariant checking for graph transformation and that the resulting checking problem can be addressed by our own invariant checker even for a complex example where a sequence chart is transformed into communicating automata. We further discuss today's limitations of invariant checking for graph transformation and motivate further lines of future work in this direction.
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Transmorphic
(2016)
- Defining Graphical User Interfaces (GUIs) through functional abstractions can reduce the complexity that arises from mutable abstractions. Recent examples, such as Facebook's React GUI framework have shown, how modelling the view as a functional projection from the application state to a visual representation can reduce the number of interacting objects and thus help to improve the reliabiliy of the system. This however comes at the price of a more rigid, functional framework where programmers are forced to express visual entities with functional abstractions, detached from the way one intuitively thinks about the physical world. In contrast to that, the GUI Framework Morphic allows interactions in the graphical domain, such as grabbing, dragging or resizing of elements to evolve an application at runtime, providing liveness and directness in the development workflow. Modelling each visual entity through mutable abstractions however makes it difficult to ensure correctness when GUIs start to grow more complex. Furthermore, by evolving morphs at runtime through direct manipulation we diverge more and more from the symbolic description that corresponds to the morph. Given that both of these approaches have their merits and problems, is there a way to combine them in a meaningful way that preserves their respective benefits? As a solution for this problem, we propose to lift Morphic's concept of direct manipulation from the mutation of state to the transformation of source code. In particular, we will explore the design, implementation and integration of a bidirectional mapping between the graphical representation and a functional and declarative symbolic description of a graphical user interface within a self hosted development environment. We will present Transmorphic, a functional take on the Morphic GUI Framework, where the visual and structural properties of morphs are defined in a purely functional, declarative fashion. In Transmorphic, the developer is able to assemble different morphs at runtime through direct manipulation which is automatically translated into changes in the code of the application. In this way, the comprehensiveness and predictability of direct manipulation can be used in the context of a purely functional GUI, while the effects of the manipulation are reflected in a medium that is always in reach for the programmer and can even be used to incorporate the source transformations into the source files of the application.
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Software-Fehlerinjektion
(2016)
- Fehlerinjektion ist ein essentielles Werkzeug, um die Fehlertoleranz komplexer Softwaresysteme experimentell zu evaluieren. Wir berichten über das Seminar zum Thema Software-Fehlerinjektion, das am Fachgebiet für Betriebssysteme und Middleware am Hasso-Plattner-Institut der Universität Potsdam im Sommersemester 2015 stattfand. In dem Seminar ging es darum, verschiedene Fehlerinjektionsansätze und -werkzeuge anzuwenden und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit in verschiedenen Szenarien zu bewerten. In diesem Bericht werden die studierten Ansätze vorgestellt und verglichen.
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Improving hosted continuous integration services
(2017)
- Developing large software projects is a complicated task and can be demanding for developers. Continuous integration is common practice for reducing complexity. By integrating and testing changes often, changesets are kept small and therefore easily comprehensible. Travis CI is a service that offers continuous integration and continuous deployment in the cloud. Software projects are build, tested, and deployed using the Travis CI infrastructure without interrupting the development process. This report describes how Travis CI works, presents how time-driven, periodic building is implemented as well as how CI data visualization can be done, and proposes a way of dealing with dependency problems.
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Extending a dynamic programming language and runtime environment with access control
(2016)
- Complexity in software systems is a major factor driving development and maintenance costs. To master this complexity, software is divided into modules that can be developed and tested separately. In order to support this separation of modules, each module should provide a clean and concise public interface. Therefore, the ability to selectively hide functionality using access control is an important feature in a programming language intended for complex software systems. Software systems are increasingly distributed, adding not only to their inherent complexity, but also presenting security challenges. The object-capability approach addresses these challenges by defining language properties providing only minimal capabilities to objects. One programming language that is based on the object-capability approach is Newspeak, a dynamic programming language designed for modularity and security. The Newspeak specification describes access control as one of Newspeak’s properties, because it is a requirement for the object-capability approach. However, access control, as defined in the Newspeak specification, is currently not enforced in its implementation. This work introduces an access control implementation for Newspeak, enabling the security of object-capabilities and enhancing modularity. We describe our implementation of access control for Newspeak. We adapted the runtime environment, the reflective system, the compiler toolchain, and the virtual machine. Finally, we describe a migration strategy for the existing Newspeak code base, so that our access control implementation can be integrated with minimal effort.
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On the operationalization of graph queries with generalized discrimination networks
(2016)
- Graph queries have lately gained increased interest due to application areas such as social networks, biological networks, or model queries. For the relational database case the relational algebra and generalized discrimination networks have been studied to find appropriate decompositions into subqueries and ordering of these subqueries for query evaluation or incremental updates of query results. For graph database queries however there is no formal underpinning yet that allows us to find such suitable operationalizations. Consequently, we suggest a simple operational concept for the decomposition of arbitrary complex queries into simpler subqueries and the ordering of these subqueries in form of generalized discrimination networks for graph queries inspired by the relational case. The approach employs graph transformation rules for the nodes of the network and thus we can employ the underlying theory. We further show that the proposed generalized discrimination networks have the same expressive power as nested graph conditions.
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Proceedings of the Third HPI Cloud Symposium "Operating the Cloud" 2015
(2016)
- Every year, the Hasso Plattner Institute (HPI) invites guests from industry and academia to a collaborative scientific workshop on the topic “Operating the Cloud”. Our goal is to provide a forum for the exchange of knowledge and experience between industry and academia. Hence, HPI’s Future SOC Lab is the adequate environment to host this event which is also supported by BITKOM. On the occasion of this workshop we called for submissions of research papers and practitioner’s reports. ”Operating the Cloud” aims to be a platform for productive discussions of innovative ideas, visions, and upcoming technologies in the field of cloud operation and administration. In this workshop proceedings the results of the third HPI cloud symposium ”Operating the Cloud” 2015 are published. We thank the authors for exciting presentations and insights into their current work and research. Moreover, we look forward to more interesting submissions for the upcoming symposium in 2016.
