Angriffsvektoren-Analyse ThemisDB

Stand: 6. April 2026
Version: v1.8.0-rc1
Kategorie: 🔒 Security Analysis
Status: Comprehensive Review

📑 Inhaltsverzeichnis

Executive Summary
Änderungshistorie
Systemübersicht
Externe Angriffsvektoren
Interne Angriffsvektoren
Schnittstellen-Matrix
Risikobewertung
Gegenmaßnahmen
Monitoring & Detection
Handlungsempfehlungen

Executive Summary

Diese Analyse untersucht systematisch alle Angriffsvektoren auf ThemisDB v1.4.0-alpha, sowohl externe als auch interne. Die Analyse aktualisiert und erweitert das bestehende Threat Model (security_threat_model.md) um die seit v1.3.0 hinzugefügten Komponenten.

Wichtigste Erkenntnisse

🔴 Kritische Angriffsflächen:

7 Netzwerkprotokolle mit unterschiedlichen Sicherheitsprofilen
120+ REST-API-Endpunkte (inkl. Admin-APIs)
10 Native Client SDKs
LLM-Integration mit GPU-Zugriff
gRPC-basiertes RPC-Framework für Shard-Kommunikation

🟡 Erweiterte Angriffsfläche seit v1.3.0:

+85% mehr Netzwerkschnittstellen (HTTP/2, HTTP/3, WebSocket, MQTT, PostgreSQL Wire, MCP)
+200% mehr Client-Bibliotheken
Neue LLM-Komponenten mit Dateisystemzugriff
Voice Assistant mit Audio-Processing
Image Analysis Plugins

🟢 Bestehende Schutzmaßnahmen:

RBAC/ABAC mit Apache Ranger
TLS 1.2/1.3 mit mTLS-Option
AES-256-GCM Verschlüsselung
Rate Limiting & DoS-Schutz
Audit Logging mit Signierung
Input Validation

Änderungshistorie

Datum	Version	Änderung	Autor
2026-01-07	1.0	Initiale umfassende Analyse für v1.4.0-alpha	Security Team
2025-12-05	0.1	Basis Threat Model für v1.3.0	Security Team

Systemübersicht

Komponenten-Architektur (v1.4.0-alpha)

┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    EXTERNE SCHNITTSTELLEN                        │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ HTTP/REST (8765) │ HTTP/2 │ HTTP/3 │ WebSocket │ MQTT (1883)   │
│ PostgreSQL Wire (5432) │ gRPC (50051) │ MCP Server (stdio/SSE) │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    SICHERHEITSSCHICHT                            │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ TLS/mTLS │ JWT/API Token Auth │ RBAC/ABAC (Ranger)             │
│ Rate Limiter │ Input Validator │ Audit Logger                   │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    ANWENDUNGSSCHICHT                             │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ HTTP Server │ Query Engine │ Transaction Manager                │
│ LLM Engine │ Image Analysis │ Voice Assistant (Enterprise)      │
│ Content Processor │ CDC/Changefeed │ Sharding Manager           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                              ↓
┌─────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                    DATENSCHICHT                                  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────────┤
│ RocksDB │ Vector Index (HNSW) │ Graph Index │ Spatial Index    │
│ Encryption (AES-256-GCM) │ Key Management (Vault/HSM)           │
└─────────────────────────────────────────────────────────────────┘

Kritische Assets

Daten:
- Dokumente, Entitäten, Vektoren, Zeitreihen, Graphen
- PII (Personally Identifiable Information)
- Audit-Trails und Changefeed
- LLM-Modelle und Embeddings
Schlüsselmaterial:
- LEK (Local Encryption Keys)
- KEK (Key Encryption Keys)
- DEK (Data Encryption Keys)
- TLS-Zertifikate und Private Keys
- HSM-Keys und PKI-Zertifikate
Konfiguration:
- Zugangsdaten (Vault, Ranger, HSM)
- Netzwerk-Konfiguration
- Shard-Topologie
- LLM-Modellpfade
Infrastruktur:
- GPU-Ressourcen (CUDA)
- Dateisystem-Zugriff
- Netzwerk-Ports
- Docker/Container-Umgebung

Externe Angriffsvektoren

1. Netzwerkschnittstellen

1.1 HTTP/REST API (Port 8765)

Angriffsfläche: 120+ Endpunkte

Kritische Endpunkte:

Endpunkt	Methode	Risiko	Beschreibung
`/admin/backup`	POST	🔴 Kritisch	Backup-Erstellung, Directory Traversal
`/admin/restore`	POST	🔴 Kritisch	Restore-Funktion, Code Injection
`/api/v1/wal/apply`	POST	🔴 Kritisch	WAL-Replay, Privilege Escalation
`/api/pki/hsm/sign`	POST	🔴 Kritisch	HSM-Signierung, Key Abuse
`/api/keys/rotate`	POST	🔴 Kritisch	Schlüsselrotation, DoS
`/entities/:key`	GET/PUT/DELETE	🟡 Hoch	CRUD-Operationen, SQL Injection
`/query/aql`	POST	🟡 Hoch	AQL-Queries, Injection
`/api/pii/reveal`	GET	🟡 Hoch	PII-Offenlegung
`/changefeed/retention`	POST	🟡 Hoch	Audit-Trail Manipulation

Angriffsvektoren:

Injection-Angriffe:
- AQL Injection: Manipulierte Query-Parameter
- NoSQL Injection: Document-Key Manipulation
- Path Traversal: In Content-Import/Backup-Pfaden
- Command Injection: In Admin-Funktionen
Authentifizierungs-/Autorisierungsangriffe:
- Token Theft: Abfangen von API-Tokens
- JWT Bypass: Schwache Signatur-Algorithmen
- Privilege Escalation: Role-Manipulation
- Session Hijacking: WebSocket/SSE-Sessions
DoS-Angriffe:
- Rate Limit Bypass: Verteilte Requests
- Resource Exhaustion: Große Batch-Operationen
- Slowloris: Langanhaltende Connections
- Query Complexity: Komplexe AQL-Queries
Datenexfiltration:
- Bulk Export: Massen-Download via /api/audit/export/csv
- Changefeed Streaming: Kontinuierliche Datenextraktion
- PII Leakage: Nicht-pseudonymisierte Logs
- Backup Theft: Unverschlüsselte Backups

1.2 HTTP/2 mit Server Push

Angriffsfläche: CDC/Changefeed Push

Spezifische Risiken:

Server Push Abuse: Unkontrollierte Push-Streams
Stream Multiplexing DoS: Ressourcen-Erschöpfung
Header Compression Attacks: HPACK Bombs
Stream Priority Manipulation: QoS-Bypass

1.3 HTTP/3 (QUIC)

Angriffsfläche: Experimentelles Protokoll

Spezifische Risiken:

QUIC Implementation Bugs: Neue Codebasis
UDP Amplification: DDoS-Vektor
Connection Migration Attacks: Session-Hijacking
0-RTT Replay Attacks: Nonce-Wiederverwendung

1.4 WebSocket (Port 8765)

Angriffsfläche: CDC Streaming, Echtzeit-Kommunikation

Spezifische Risiken:

WebSocket Hijacking: Fehlende Origin-Prüfung
Message Injection: Manipulierte Frames
Ping/Pong Flooding: DoS
Connection Exhaustion: Offene Connections

1.5 MQTT Broker (Port 1883)

Angriffsfläche: IoT-Geräte, Pub/Sub

Spezifische Risiken:

Topic Hijacking: Unzureichende ACLs
Retained Message Poisoning: Persistente Angriffe
Will Message Abuse: Fake Disconnect-Nachrichten
QoS 2 DoS: Acknowledgment-Flooding

1.6 PostgreSQL Wire Protocol (Port 5432)

Angriffsfläche: BI-Tools, SQL-Clients

Spezifische Risiken:

SQL-to-AQL Translation Bypass: Injection
Protocol Confusion: Fehlinterpretation
Authentication Downgrade: Plain-Text Passwords
Copy Command Abuse: Dateisystem-Zugriff

1.7 gRPC (Port 50051)

Angriffsfläche: Shard-Kommunikation, LLM-Service

Spezifische Risiken:

gRPC Metadata Injection: Header-Manipulation
Stream Flooding: Bidirektionale Streams
Protobuf Deserialization: Memory Exhaustion
mTLS Certificate Spoofing: Fake Shards

Dienste:

themis_core.proto: Core Themis Operations
llm_service.proto: LLM Inference Requests
shard_rpc.proto: Inter-Shard Communication

1.8 MCP Server (Model Context Protocol)

Angriffsfläche: AI-Agent Integration

Transporte:

stdio: Lokaler Prozess
SSE (Server-Sent Events): HTTP-basiert
WebSocket: Bidirektional

Spezifische Risiken:

Prompt Injection: Manipulierte Context
Tool Abuse: Unkontrollierte Tool-Aufrufe
Resource Access: Dateisystem-Zugriff via MCP
Context Poisoning: Manipulierte Conversation History

2. Client SDKs & Bibliotheken

Angriffsfläche: 10 Native Client-Bibliotheken

SDK	Sprache	Risiken
`clients/csharp`	C#	Deserialization, Reflection
`clients/go`	Go	Memory Safety (Cgo)
`clients/java`	Java	Deserialization, RCE
`clients/javascript`	JS/Node	Prototype Pollution, XSS
`clients/php`	PHP	Code Injection
`clients/python`	Python	Code Injection, Pickle
`clients/ruby`	Ruby	YAML Deserialization
`clients/rust`	Rust	Unsafe Code Blocks
`clients/swift`	Swift	Memory Corruption
`clients/typescript`	TS	Type Confusion

Gemeinsame Risiken:

Dependency Vulnerabilities: Third-Party Libraries
Hardcoded Credentials: API-Tokens im Code
Insufficient TLS Validation: MITM-Angriffe
Logging Sensitive Data: Credentials in Logs

3. Adapter & Integrationen

Angriffsfläche: 4 Adapter-Komponenten

Adapter	Zweck	Risiken
`adapters/covina_fastapi_ingestion`	FastAPI Data Ingestion	API Abuse, Rate Limit
`adapters/vcc_base`	Base VCC Adapter	N/A
`adapters/vcc_clara_ingestion`	Clara Ingestion	Data Validation
`adapters/vcc_veritas`	Veritas Integration	Auth Bypass

Interne Angriffsvektoren

1. Insider-Bedrohungen

1.1 Berechtigte Administratoren

Angriffsszenario: Böswilliger oder kompromittierter Admin

Mögliche Angriffe:

Datenexfiltration:
- Bulk-Export über /admin/backup
- Changefeed-Streaming ohne Audit
- Direct RocksDB-Zugriff (Dateisystem)
Datenmanipulation:
- WAL-Replay mit manipulierten Logs
- Direct Database-Änderungen
- Audit-Trail-Manipulation via /changefeed/retention
Schlüssel-Diebstahl:
- KEK-Extraktion via /api/keys/list
- HSM-Key-Missbrauch via /api/pki/hsm/sign
- Vault-Token-Diebstahl
Denial-of-Service:
- Index-Rebuild ohne Reason
- Unkontrollierte Shard-Migration
- Resource Exhaustion (LLM-Modelle laden)

1.2 Entwickler mit Code-Zugriff

Angriffsszenario: Böswilliger Entwickler committet Backdoor

Mögliche Angriffe:

Code Injection:
- Backdoor in C++-Code
- Malicious Dependencies (vcpkg, npm)
- Supply Chain Attack (llama.cpp)
Credential Leakage:
- Hardcoded API-Tokens
- Vault-Credentials in Config
- Secrets in Git History
Logic Bombs:
- Zeitgesteuerte Malware
- Trigger-basierte Datenexfiltration

1.3 Betriebspersonal (DevOps/SRE)

Angriffsszenario: Kompromittierter Operator

Mögliche Angriffe:

Infrastruktur-Manipulation:
- Docker-Container-Manipulation
- Kubernetes-Secret-Diebstahl
- Netzwerk-Traffic-Sniffing
Monitoring-Bypass:
- Grafana-Dashboard-Manipulation
- Log-Deletion
- Alert-Suppression

2. Privilege Escalation

2.1 Horizontale Privilege Escalation

Szenario: Normaler User greift auf Daten anderer User zu

Vektoren:

Entity-Key-Guessing: Vorhersagbare Keys
Changefeed-Filter-Bypass: Fehlende Row-Level Security
Query-Injection: Cross-Tenant-Zugriff

2.2 Vertikale Privilege Escalation

Szenario: User erlangt Admin-Rechte

Vektoren:

RBAC-Bypass: Fehler in Policy-Engine
JWT-Role-Injection: Token-Manipulation
Ranger-Policy-Manipulation: Admin-API-Missbrauch
Session-Hijacking: Admin-Session-Token-Diebstahl

3. Seitenkanalangriffe

3.1 Timing-Angriffe

Ziel: Schlüssel oder Daten erraten

Vektoren:

Authentication Timing: User-Enumeration
Query Timing: Datenstruktur-Inferenz
Encryption Timing: Key-Recovery (bei fehlender Constant-Time Crypto)

3.2 Cache-Angriffe

Ziel: Sensitive Daten aus Caches extrahieren

Vektoren:

Semantic Cache Poisoning: Manipulierte Embeddings
Query Cache Timing: Daten-Leakage
LLM Prefix Cache: Prompt-Reconstruction

4. LLM-spezifische Angriffe

4.1 Prompt Injection

Szenario: Manipulierte Prompts an LLM-Engine

Vektoren:

Direct Injection: In User-Queries
Indirect Injection: Via gespeicherte Dokumente
Jailbreaking: Sicherheits-Guard-Bypass

Auswirkungen:

Unberechtigter Datenzugriff
Code-Ausführung (bei Agent-Features)
PII-Leakage

4.2 Model Extraction

Szenario: Diebstahl des LLM-Modells

Vektoren:

Filesystem-Zugriff: Direct Model-File-Read
API-Queries: Modell-Reverse-Engineering
Memory Dumps: GPU-Memory-Extraktion

4.3 Adversarial Inputs

Szenario: Speziell gestaltete Inputs

Vektoren:

Embedding Manipulation: Fake Vector-Similarity
Image Analysis Poisoning: Adversarial Images
Voice Assistant Attacks: Audio-Adversarial-Examples

5. Sharding & Replication Angriffe

5.1 Split-Brain-Szenarien

Szenario: Netzwerkpartitionierung führt zu inkonsistentem Zustand

Risiken:

Daten-Divergenz zwischen Shards
Konflikt-Resolution-Exploits
Write-Concern-Bypass

5.2 Shard-Spoofing

Szenario: Fake-Shard registriert sich beim Coordinator

Vektoren:

gRPC mTLS-Bypass: Certificate-Spoofing
Health-Check-Manipulation: Fake Metrics
Shard-Metadata-Injection: Topology-Manipulation

Schnittstellen-Matrix

Netzwerk-Endpunkte (Übersicht)

Protokoll	Port	TLS	Auth	Rate Limit	Audit	Risiko
HTTP/REST	8765	✅ Opt	✅ JWT/Token	✅ Token Bucket	✅	🟡 Hoch
HTTP/2	8765	✅ Req	✅ JWT/Token	✅	✅	🟡 Hoch
HTTP/3	8765	✅ Req	✅ JWT/Token	⚠️ Partial	⚠️	🔴 Kritisch
WebSocket	8765	✅ Opt	✅ JWT/Token	⚠️	✅	🟡 Hoch
MQTT	1883	✅ Opt	✅	✅	⚠️	🟡 Hoch
PostgreSQL	5432	✅ Opt	✅	⚠️	✅	🟡 Hoch
gRPC	50051	✅ mTLS	✅ mTLS	✅	✅	🟢 Mittel
MCP (stdio)	N/A	N/A	⚠️	N/A	⚠️	🟡 Hoch
MCP (SSE)	8765	✅	✅	✅	⚠️	🟡 Hoch
MCP (WS)	8765	✅	✅	✅	⚠️	🟡 Hoch

Legende:

✅ = Implementiert/Verfügbar
⚠️ = Teilweise/Optional
❌ = Nicht implementiert
N/A = Nicht anwendbar

Admin-API-Endpunkte (Kritisch)

Endpunkt	Funktion	Ranger-Resource	Risiko	Gegenmaßnahme
`/admin/backup`	Backup erstellen	`admin.backup`	🔴	Directory Traversal Protection
`/admin/restore`	Restore durchführen	`admin.restore`	🔴	Signature-Verification
`/api/v1/wal/apply`	WAL-Replay	`wal.apply`	🔴	Strong Authentication
`/api/keys/rotate`	Schlüssel rotieren	`keys.rotate`	🔴	Multi-Factor Auth
`/api/pki/hsm/sign`	HSM-Signierung	`pki.hsm.sign`	🔴	Audit + Rate Limit
`/changefeed/retention`	Audit-Retention ändern	`cdc.admin`	🔴	Immutable Logs
`/api/pii/reveal`	PII offenlegen	`pii.reveal`	🔴	Purpose Limitation
`/entities/batch`	Batch-Operation	`entities.batch`	🟡	Size Limits

Client-Library-Risiken

Client	Language	CVE History	Supply Chain Risk	Empfehlung
csharp	C#	⚠️ Mittel	🟢 NuGet	SBOM + Dependency Scanning
go	Go	🟢 Niedrig	🟢 Go Modules	Minimal Dependencies
java	Java	🔴 Hoch	🔴 Maven Central	Snyk/Dependabot
javascript	JS	🔴 Hoch	🔴 npm	npm audit + SRI
php	PHP	🔴 Hoch	🟡 Composer	Roave Security
python	Python	🟡 Mittel	🟡 PyPI	pip-audit + Safety
ruby	Ruby	🟡 Mittel	🟡 RubyGems	Bundle Audit
rust	Rust	🟢 Niedrig	🟢 Cargo	Cargo Audit
swift	Swift	🟢 Niedrig	🟢 SPM	Minimal
typescript	TS	🔴 Hoch	🔴 npm	npm audit + SRI

Risikobewertung

STRIDE-Analyse

Kategorie	Bedrohung	Beispiel	Likelihood	Impact	Risk Score
Spoofing	Shard-Spoofing	Fake gRPC Shard	🟡 Mittel	🔴 Hoch	🔴 8/10
Tampering	Audit-Trail-Manipulation	Changefeed-Deletion	🟢 Niedrig	🔴 Hoch	�� 6/10
Repudiation	Non-Audited Actions	Fehlende Signierung	🟡 Mittel	🟡 Mittel	🟡 5/10
Info Disclosure	PII-Leakage	Unverschlüsselte Logs	🟡 Mittel	🔴 Hoch	🔴 7/10
Denial of Service	Query Complexity DoS	AQL Injection	🔴 Hoch	🟡 Mittel	🔴 7/10
Elevation of Privilege	RBAC-Bypass	Policy-Engine-Bug	🟡 Mittel	🔴 Hoch	🔴 8/10

CVSS v3.1 Risk Ratings

Top 10 Risiken:

Ungeschützte Admin-APIs (CVSS 9.1 - Critical)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:N/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:N
- Ohne Authentifizierung: /admin/backup, /admin/restore
LLM Prompt Injection (CVSS 8.6 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:L/UI:N/S:C/C:H/I:L/A:N
- Zugriff auf sensitive Daten via Prompt-Manipulation
Shard-Spoofing via gRPC (CVSS 8.3 - High)
- Vector: AV:N/AC:H/PR:N/UI:N/S:C/C:H/I:H/A:N
- Fake-Shard registriert sich im Cluster
AQL Injection (CVSS 8.1 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:L/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:N
- Code-Injection in Query-Engine
HSM-Key-Missbrauch (CVSS 7.8 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:H/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:H
- Signierung beliebiger Daten
JWT-Secret-Leak (CVSS 7.5 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:N/UI:N/S:U/C:H/I:N/A:N
- Token-Fälschung
WebSocket-Hijacking (CVSS 7.4 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:N/UI:R/S:C/C:H/I:L/A:N
- Session-Takeover
Dependency Vulnerabilities (CVSS 7.3 - High)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:N/UI:N/S:U/C:L/I:L/A:L
- Third-Party Library CVEs
Backup-Theft (CVSS 7.1 - High)
- Vector: AV:L/AC:L/PR:L/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:N
- Unverschlüsselte Backups
Insider Data Exfiltration (CVSS 6.9 - Medium)
- Vector: AV:N/AC:L/PR:H/UI:N/S:U/C:H/I:H/A:N
- Berechtigter Admin missbraucht Zugriff

Gegenmaßnahmen

(Content continues...)

1. Netzwerksicherheit

1.1 TLS/mTLS-Härtung

Maßnahmen:

# config/tls.yaml
tls:
  min_version: "1.3"
  cipher_suites:
    - TLS_AES_256_GCM_SHA384
    - TLS_CHACHA20_POLY1305_SHA256
  enable_mtls: true
  client_cert_required: true  # Für gRPC
  cert_pinning: true          # Für HSM/TSA

Implementierung:

✅ TLS 1.2/1.3 Support (OpenSSL)
✅ mTLS für gRPC
⚠️ Certificate Pinning (nur HSM/TSA)
❌ Mutual TLS für HTTP/REST (optional)

1.2 Rate Limiting & DoS-Schutz

Maßnahmen:

# config/rate_limits.yaml
rate_limits:
  global:
    requests_per_minute: 100
    burst_size: 20
  per_ip:
    enabled: true
    requests_per_minute: 50
  per_user:
    enabled: true
    requests_per_minute: 100
  endpoints:
    - path: /admin/*
      requests_per_minute: 10
    - path: /api/keys/rotate
      requests_per_minute: 1
    - path: /query/aql
      requests_per_minute: 30

Implementierung:

✅ Token Bucket Algorithm (rate_limiter.cpp)
✅ Per-IP Rate Limiting
✅ Per-User Rate Limiting
⚠️ Adaptive Rate Limiting (planned)

1.3 Input Validation

Maßnahmen:

// src/utils/input_validator.cpp
class InputValidator {
public:
    // Path Traversal Protection
    static bool validatePath(const std::string& path);
    
    // AQL Injection Protection
    static bool validateAQL(const std::string& query);
    
    // Entity Key Validation
    static bool validateKey(const std::string& key);
    
    // JSON Schema Validation
    static bool validateJson(const json& data, const json& schema);
};

Implementierung:

✅ JSON Schema Validation
✅ Path Traversal Protection
⚠️ AQL Injection Detection (basic)
❌ Advanced SQL Injection Detection

2. Authentifizierung & Autorisierung

2.1 Multi-Factor Authentication (MFA)

Empfehlung: MFA für Admin-APIs

Implementierung (geplant):

# config/auth.yaml
authentication:
  mfa:
    enabled: true
    required_for:
      - /admin/*
      - /api/keys/rotate
      - /api/pki/hsm/*
    methods:
      - totp
      - webauthn

Status: ❌ Nicht implementiert (Empfehlung für v1.5.0)

2.2 RBAC-Härtung

Maßnahmen:

Principle of Least Privilege:
- Minimale Berechtigungen für Service-Accounts
- Zeitlich begrenzte Admin-Tokens
Policy-Review:
- Regelmäßige Audit der Ranger-Policies
- Removal of unused Permissions
Separation of Duties:
- Backup-Operator ≠ Restore-Operator
- Key-Rotation-Operator ≠ Key-Usage-Operator

Implementierung:

# config/policies.yaml
policies:
  - name: "Backup Operator"
    subjects: ["backup-service"]
    actions: ["backup:create"]
    resources: ["/admin/backup"]
    effect: allow
    
  - name: "Key Rotation Operator"
    subjects: ["key-rotation-service"]
    actions: ["keys:rotate"]
    resources: ["/api/keys/rotate"]
    effect: allow
    conditions:
      - type: time_window
        start: "02:00"
        end: "04:00"

3. Audit & Monitoring

3.1 Umfassendes Audit-Logging

Maßnahmen:

// 65+ Security Event Types
enum class AuditEventType {
    // Authentication
    AUTH_LOGIN_SUCCESS,
    AUTH_LOGIN_FAILURE,
    AUTH_LOGOUT,
    AUTH_TOKEN_CREATED,
    AUTH_TOKEN_REVOKED,
    
    // Authorization
    AUTHZ_POLICY_CHECKED,
    AUTHZ_ACCESS_DENIED,
    
    // Data Access
    DATA_READ,
    DATA_WRITE,
    DATA_DELETE,
    DATA_EXPORT,
    
    // Admin Actions
    ADMIN_BACKUP_CREATED,
    ADMIN_RESTORE_PERFORMED,
    ADMIN_KEY_ROTATED,
    ADMIN_CONFIG_CHANGED,
    
    // Security Events
    SECURITY_INJECTION_ATTEMPT,
    SECURITY_RATE_LIMIT_EXCEEDED,
    SECURITY_INVALID_TOKEN,
    SECURITY_PRIVILEGE_ESCALATION_ATTEMPT
};

Features:

✅ Encrypt-then-Sign
✅ Hash Chain (Tamper Detection)
✅ SIEM Integration (Syslog RFC 5424, Splunk HEC)
⚠️ Real-Time Alerting (via Grafana)

3.2 Anomalie-Erkennung

Empfohlene Metriken:

# Grafana Alerts
alerts:
  - name: "Unusual API Call Pattern"
    query: rate(http_requests_total[5m]) > 1000
    severity: warning
    
  - name: "Multiple Failed Auth Attempts"
    query: increase(auth_failures_total[1m]) > 10
    severity: critical
    
  - name: "Admin API After Hours"
    query: http_requests_total{path="/admin/*", hour!~"02-04"}
    severity: warning
    
  - name: "Large Batch Operations"
    query: histogram_quantile(0.99, batch_size_bucket) > 10000
    severity: warning

4. LLM-Sicherheit

4.1 Prompt Injection Schutz

Maßnahmen:

Input Sanitization:

// src/llm/prompt_sanitizer.cpp
class PromptSanitizer {
public:
    static std::string sanitize(const std::string& user_input) {
        // Remove instruction keywords
        // Escape special tokens
        // Limit length
    }
};

Output Filtering:
- PII-Detection in LLM-Antworten
- Secret-Scanning (API-Keys, Passwords)
Sandboxing:
- LLM in separater Docker-Container
- Eingeschränkte Filesystem-Zugriffe
- Resource Limits (GPU, Memory)

4.2 Model Access Control

Maßnahmen:

# config/llm_security.yaml
llm:
  model_access:
    - model: "llama-3-70b"
      allowed_users: ["premium-tier"]
      max_tokens: 4096
      
    - model: "phi-3-mini"
      allowed_users: ["*"]
      max_tokens: 2048
      
  guardrails:
    - type: "pii_detection"
      enabled: true
    - type: "toxicity_filter"
      enabled: true
      threshold: 0.7

5. Supply Chain Security

5.1 Dependency Scanning

Tools:

C++ Dependencies: vcpkg + OSV Scanner
JavaScript/TypeScript: npm audit + Snyk
Python: pip-audit + Safety
Java: OWASP Dependency-Check

CI/CD Integration:

# .github/workflows/security.yml
name: Security Scan
on: [push, pull_request]
jobs:
  dependency-scan:
    runs-on: ubuntu-latest
    steps:
      - uses: actions/checkout@v3
      - name: OSV Scanner (C++)
        run: osv-scanner --lockfile=vcpkg.json
      - name: npm audit (JS)
        run: cd clients/javascript && npm audit
      - name: Snyk (All)
        run: snyk test --all-projects

5.2 SBOM Generation

Maßnahmen:

# Generate Software Bill of Materials
syft packages dir:. -o cyclonedx-json > sbom.json
grype sbom:sbom.json

Implementierung:

✅ SBOM-Dokumentation (docs/security/security_sbom.md)
❌ Automatische SBOM-Generierung (geplant)

6. Sharding & Replication Security

6.1 mTLS für Shard-Kommunikation

Maßnahmen:

# config/sharding.yaml
sharding:
  rpc:
    tls:
      enabled: true
      mutual_tls: true
      client_cert: /certs/shard-client.crt
      client_key: /certs/shard-client.key
      ca_cert: /certs/ca.crt
      verify_client: true

Implementierung:

✅ gRPC mit mTLS
✅ Certificate-based Authentication
⚠️ Certificate Rotation (manuell)

6.2 Write-Concern Enforcement

Maßnahmen:

// src/sharding/write_concern.h
enum class WriteConcern {
    W1,           // Primary only
    W_MAJORITY,   // Majority of replicas
    W_ALL         // All replicas
};

// Enforce for sensitive operations
if (is_admin_operation) {
    write_concern = WriteConcern::W_ALL;
}

Monitoring & Detection

1. Security Event Monitoring

Kritische Events zum Überwachen:

Event	Schwellwert	Aktion
`AUTH_LOGIN_FAILURE`	> 5 in 1 min	Block IP
`AUTHZ_ACCESS_DENIED`	> 10 in 5 min	Alert SOC
`SECURITY_INJECTION_ATTEMPT`	> 0	Alert + Block
`ADMIN_KEY_ROTATED`	> 1 per day	Alert + Review
`DATA_EXPORT` (Bulk)	> 10k rows	Alert + Review
`SECURITY_RATE_LIMIT_EXCEEDED`	> 100 in 1 min	Temporary Ban

2. Grafana Dashboards

Empfohlene Dashboards:

Security Overview:
- Authentication Success/Failure Rate
- Authorization Denials
- Rate Limit Hits
- Active Sessions
Admin Activity:
- Backup/Restore Operations
- Key Rotations
- Config Changes
- User Management
Data Access:
- Entity CRUD Operations
- Query Patterns
- Export Operations
- PII Access
Network Traffic:
- Requests per Protocol
- Error Rates
- Latency Percentiles
- Connection Count

3. SIEM Integration

Syslog RFC 5424:

// src/utils/audit_logger.cpp
void AuditLogger::logToSyslog(const AuditEvent& event) {
    // <PRI>VERSION TIMESTAMP HOSTNAME APP-NAME PROCID MSGID SD MSG
    std::string syslog_msg = fmt::format(
        "<{}>1 {} {} themisdb {} {} [security] {}",
        facility * 8 + severity,
        iso8601_timestamp(),
        hostname(),
        event.type,
        event.id,
        event.toJson()
    );
    sendto(syslog_socket_, syslog_msg);
}

Splunk HEC:

void AuditLogger::logToSplunk(const AuditEvent& event) {
    json hec_event = {
        {"time", event.timestamp},
        {"host", hostname()},
        {"source", "themisdb"},
        {"sourcetype", "security_audit"},
        {"event", event.toJson()}
    };
    httpClient_.post(splunk_hec_url_, hec_event);
}

Handlungsempfehlungen

Sofortmaßnahmen (P0)

✅ Admin-API-Schutz:
- MFA für /admin/* Endpunkte aktivieren
- IP-Whitelisting für Admin-APIs
- Separate Admin-Port (z.B. 8766) mit restricted Access
✅ TLS-Enforcement:
- TLS 1.3 als Minimum festlegen
- Weak Cipher Suites deaktivieren
- mTLS für alle gRPC-Verbindungen
✅ Rate Limiting:
- Aggressive Rate Limits für /api/keys/rotate
- Query Complexity Limits für AQL
- Batch Size Limits für /entities/batch
✅ Audit-Log-Schutz:
- Immutable Audit Logs (WORM-Storage)
- Real-Time Backup von Audit-Trails
- Alert bei Changefeed-Retention-Änderungen

Kurzfristig (1-3 Monate)

⚠️ LLM-Sicherheit:
- Prompt Injection Detection implementieren
- LLM Output Filtering (PII, Secrets)
- Resource Limits für LLM-Inferenz
⚠️ Input Validation:
- Advanced AQL Injection Detection
- Path Traversal Protection für alle File-Operations
- JSON Schema Validation für alle API-Requests
⚠️ Dependency Management:
- Automatische Dependency Scanning in CI/CD
- Vulnerability Alerting (GitHub Dependabot)
- SBOM-Generierung automatisieren
⚠️ Client-Library-Sicherheit:
- Security Guidelines für Client-Entwickler
- Code-Signing für Release-Artifacts
- Vulnerability Disclosure für Clients

Mittelfristig (3-6 Monate)

❌ Zero-Trust-Architektur:
- mTLS für alle Protokolle (nicht nur gRPC)
- Service Mesh Integration (Istio/Linkerd)
- Network Segmentation (VLAN/Firewall)
❌ Advanced Threat Detection:
- Machine Learning-basierte Anomalie-Erkennung
- Behavioral Analytics (UEBA)
- Automated Incident Response
❌ Compliance & Certification:
- SOC 2 Type II Audit
- ISO 27001 Zertifizierung
- BSI C5 Attestierung
❌ Penetration Testing:
- External Pentest (jährlich)
- Internal Pentest (halbjährlich)
- Bug Bounty Program

Langfristig (6-12 Monate)

❌ Security Hardening:
- AppArmor/SELinux Profiles
- Kernel Security Modules
- Secure Boot + TPM
❌ Post-Quantum Cryptography:
- PQC-Ready Key Exchange (Kyber)
- Hybrid TLS (Classic + PQC)
- Migration Plan für bestehende Keys
❌ Distributed Tracing Security:
- OpenTelemetry mit Security Context
- Trace-basierte Anomalie-Erkennung
- Automated Attack Path Analysis

Anhang

A. Referenzen

Interne Dokumentation:

Standards & Frameworks:

OWASP Top 10 (2021)
NIST Cybersecurity Framework
CIS Benchmarks
MITRE ATT&CK

CVE-Datenbanken:

NVD (National Vulnerability Database)
OSV (Open Source Vulnerabilities)
GitHub Advisory Database

B. Glossar

Begriff	Definition
AQL	Analytics Query Language (ThemisDB-eigene Query-Sprache)
CDC	Change Data Capture (Changefeed)
HSM	Hardware Security Module
KEK	Key Encryption Key
LEK	Local Encryption Key
mTLS	Mutual TLS (bidirektionale Zertifikat-Authentifizierung)
PII	Personally Identifiable Information
RBAC	Role-Based Access Control
WAL	Write-Ahead Log

C. Kontakt

Security Team:

E-Mail: security@themisdb.example.com
GitHub Security Advisories: https://github.com/makr-code/ThemisDB/security/advisories
Response Time: < 24h

Vulnerability Disclosure: Siehe SECURITY.md für Details zum Responsible Disclosure Process.

Dokumenten-Ende

Letzte Aktualisierung: 2026-01-07
Nächste Review: 2026-04-07 (Quarterly)
Verantwortlich: Security Team

FilesExpand file tree

ANGRIFFSVEKTOREN_ANALYSE.md

Latest commit

History

ANGRIFFSVEKTOREN_ANALYSE.md

File metadata and controls

Angriffsvektoren-Analyse ThemisDB

📑 Inhaltsverzeichnis

Executive Summary

Wichtigste Erkenntnisse

Änderungshistorie

Systemübersicht

Komponenten-Architektur (v1.4.0-alpha)

Kritische Assets

Externe Angriffsvektoren

1. Netzwerkschnittstellen

1.1 HTTP/REST API (Port 8765)

1.2 HTTP/2 mit Server Push

1.3 HTTP/3 (QUIC)

1.4 WebSocket (Port 8765)

1.5 MQTT Broker (Port 1883)

1.6 PostgreSQL Wire Protocol (Port 5432)

1.7 gRPC (Port 50051)

1.8 MCP Server (Model Context Protocol)

2. Client SDKs & Bibliotheken

3. Adapter & Integrationen

Interne Angriffsvektoren

1. Insider-Bedrohungen

1.1 Berechtigte Administratoren

1.2 Entwickler mit Code-Zugriff

1.3 Betriebspersonal (DevOps/SRE)

2. Privilege Escalation

2.1 Horizontale Privilege Escalation

2.2 Vertikale Privilege Escalation

3. Seitenkanalangriffe

3.1 Timing-Angriffe

3.2 Cache-Angriffe

4. LLM-spezifische Angriffe

4.1 Prompt Injection

4.2 Model Extraction

4.3 Adversarial Inputs

5. Sharding & Replication Angriffe

5.1 Split-Brain-Szenarien

5.2 Shard-Spoofing

Schnittstellen-Matrix

Netzwerk-Endpunkte (Übersicht)

Admin-API-Endpunkte (Kritisch)

Client-Library-Risiken

Risikobewertung

STRIDE-Analyse

CVSS v3.1 Risk Ratings

Gegenmaßnahmen

1. Netzwerksicherheit

1.1 TLS/mTLS-Härtung

1.2 Rate Limiting & DoS-Schutz

1.3 Input Validation

2. Authentifizierung & Autorisierung

2.1 Multi-Factor Authentication (MFA)

2.2 RBAC-Härtung

3. Audit & Monitoring

3.1 Umfassendes Audit-Logging

3.2 Anomalie-Erkennung

4. LLM-Sicherheit

4.1 Prompt Injection Schutz

4.2 Model Access Control

5. Supply Chain Security

5.1 Dependency Scanning

5.2 SBOM Generation

6. Sharding & Replication Security

6.1 mTLS für Shard-Kommunikation

6.2 Write-Concern Enforcement

Monitoring & Detection

1. Security Event Monitoring

2. Grafana Dashboards

3. SIEM Integration

Handlungsempfehlungen

Sofortmaßnahmen (P0)

Kurzfristig (1-3 Monate)

Mittelfristig (3-6 Monate)

Langfristig (6-12 Monate)