Entwicklung eines Rollenmodells zur nachhaltigen Unterstützung der Forschung und Lehre im Bereich Kerntechnik

Abstract

Das Wissen im Bereich Kerntechnik ist auf viele Forschungsorganisationen, Herstellerbetriebe, Energieversorgungsbetriebe, Abfallentsorgungsunternehmen, Genehmigungsbehörden und Hochschulen verteilt. Dort existiert eine Vielzahl an Systemen (Datenbanken, Informationssysteme, Simulationsprogramme, Lehr-/Lernsysteme), die als Teilsysteme in eine gemeinsame Wissensbasis integriert werden könnten. Eine solche Integration ist in der Praxis schwierig, da das Teilwissen über viele Systeme und Köpfe verteilt ist. Sie ist nur dann möglich, wenn Schnittstellen geschaffen werden, die als gemeinsamer Nenner von allen Systemen genutzt und angewandt werden, über welche das Wissen ausgetauscht werden kann. Dadurch könnten alle beteiligten Interessengruppen einen Mehrwert schöpfen.

Eine Integration der verteilten Wissensquellen in eine gemeinsame Wissensbasis ist aber nur dann möglich, wenn gleichzeitig die Sicherheit der Infrastruktur und die Eigentumsrechte an Programmen und Daten beteiligter Interessengruppen gewahrt werden. Um dies sicherzustellen, müssen entsprechende Modelle und Methoden der Zugriffssteuerung entwickelt werden.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird dazu ein Benutzermodell mit Rollen und Rechten in Form eines speziellen Role-Based View Control (RBVC)-Rollenmodells für die Kerntechnik entwickelt. Es erweitert das ANSI-genormte Role-Based Access Control (RBAC)-Referenzmodell um verbesserte Integrationsfähigkeiten unterschiedlicher Quellobjekte, erweiterte Rollenhierarchien, verteilte Administration und um die direkte Kopplung der reinen Zugriffssteuerung mit der Steuerung rollenbasierter Sichten. Eine Sicht repräsentiert eine Funktion eines Systems in einer bestimmten Ausprägung. Diese wird unter besonderer Berücksichtigung der Erfordernisse der Kerntechnik an die Aufgabe und den Kenntnisstand eines typischen Benutzers und somit an dessen Rolle angepasst und optimiert. Die Ergebnisse können leicht auf andere Ingenieurdisziplinen übertragen werden.

Im zweiten Teil der Arbeit wird eine Basisarchitektur für web-basierte Systeme auf Grundlage des RBVC-Modells vorgestellt. Es handelt sich um eine Dreischichtarchitektur, deren zentrale Logikschicht durch austauschbare Komponenten erweitert werden kann. Die Architektur erlaubt die Umsetzung kerntechnischer Integrations- und Informationssysteme, in welche unterschiedliche Quellen eingebunden werden können. Dabei ist kein räumlicher Bezug notwendig, eine Integration kann auch als Web-Service über das Internet erfolgen.

Das RBVC-Rollenmodell und die Basisarchitektur werden in verschiedenen kerntechnischen Systemen angewandt und umgesetzt, um deren Tragfähigkeit zu überprüfen. Dabei zeigt sich, dass durch die Kopplung der Zugriffssteuerung mit rollen-basierten und optimierten Sichten viele neue Kombinationsmöglichkeiten geschaffen werden. Simulationsprogramme, deren Integration für die Forschung vorgenommen wurde, können in vereinfachenden Sichten auch für die Lehre verwendet werden. Diese Mehrfachverwendung eröffnet eine neue Dimension, indem der Memorisierungsgrad einer Lehrveranstaltung verbessert und somit deren Nachhaltigkeit erreicht werden kann.

In nuclear technology, knowledge is distributed amongst many different organizations - research centers, vendors, utilities and waste management organizations, regulatory bodies, technical safety organizations, and the academia. These organizations comprise a vast number of systems (data bases, information systems, simulation programs and learning environments) which in principle could be integrated as part of a common knowledge base. However, in practice this integration is difficult because the partial knowledge is distributed amongst many systems and persons. Only the creation of new interfaces - as common denominators of all systems - will allow for a knowledge transfer that all stakeholders can benefit from.

The integration of a variety of individual sources of knowledge into one common knowledge base is only possible if the security of infrastructures and the intellectual property (programs and data) are guaranteed and remain in the hands of the stakeholders. Therefore new models and methods for access control have to be developed.

This thesis describes a new role model called Role-Based View Control (RBVC), which extends the standardized Role-Based Access Control (RBAC) ANSI reference model. The new model introduces a better integration of different source objects, extended role hierarchies, distributed administration and the direct coupling of access and view control. One view describes the behavior of a system function in a special characteristic that is optimized for the duties and the level of knowledge of a typical user in a respective role, taking into account the demands of nuclear technology. The resulting model can easily be transferred to other disciplines of engineering.

The second part of the thesis introduces a new base architecture for web-based systems that implements the new RBVC model. It is based on a three-tier architecture with a central logic tier containing replaceable components that are used for extension. Nuclear integration and information systems based on different sources can be built on this new architecture. There are no regional restrictions because integration can also be achieved by web services via the internet.

The RBVC role model and the base architecture have been applied and implemented in several nuclear systems to examine their behavior in practice. It shows that the coupling of access control with role-based and optimized views creates an extra number of possible combinations. Simulations programs that have been integrated for research can, with simplified views, also be used for teaching. These multiple uses open a new dimension of improving the memorization of courses - and therefore their sustainability.