基于GB-RBAC的嵌入式安全内核的设计与实现

论文摘要

随着嵌入式系统的广泛应用及发展,越来越多的嵌入式系统开始采用了操作系统。然而,嵌入式操作系统的安全性却始终被忽视,而与此对应的是越来越多的针对嵌入式系统的攻击。因此,嵌入式操作系统的安全性是嵌入式操作系统不可或缺的。嵌入式操作系统安全性主要靠访问控制来增强。访问控制分为自主访问控制（DAC）强制访问控制（MAC）及基于角色的访问控制（RBAC）三类。DAC是让客体（资源的载体）的属主决定该客体可接受的访问类别;而MAC是让系统的安全策略来决定一次主体对客体的访问。RBAC与以上两类访问控制策略都不同,它是策略中性的,而且它支持最小特权和权职分离的特点,使得其发展十分迅速。本文将详细介绍RBAC模型,并指出它的先进之处。随后本文将针对Core-RBAC模型分析其在实际应用上的不足,尤其是在实际应用中不便之处,然后针对这些不足,介绍GB-RBAC模型,并说明GB-RBAC模型为何更适合操作系统中的实际应用需要。本文实现了GB-RBAC模型的扩充,采用了静态职责分离,并加入了三条形式化说明的约束:对象组成员完全互斥、非法操作集约束、角色防冗余约束。其中对象组完全互斥使得每一个客体只能被分配到一个对象组中,从而使得该客体被分配到的访问控制权限唯一;非法操作集保证了权职分离原则,限制某些角色的权利过大;防冗余约束防止两个拥有完全相同权限的角色出现,保证了角色不存在冗余。另外,本系统还加入了对于Linux内核模块载入的监视,防止了系统安全机制自身受到破坏。本文还在广泛应用于嵌入式系统的Linux操作系统上实现了角色管理组件、用户管理组件、权限管理组件以及外围辅助程序四部分。最后,通过实验证明,本内核可以阻止没有被访问控制规则允许的客体访问,比Linux传统的访问控制可以控制更多的操作种类,并且做到了管理和控制力度之间的平衡,并具有一定的自我保护性,加强了嵌入式操作系统的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 嵌入式操作系统安全的发展情况
• 1.2.1 国外发展情况
• 1.2.2 国内发展情况
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 嵌入式操作系统及安全模型
• 2.1 嵌入式系统及嵌入式操作系统
• 2.1.1 嵌入式系统的特点
• 2.1.2 嵌入式操作系统特点
• 2.2 操作系统常用安全模型
• 2.2.1 操作系统中的访问控制
• 2.2.2 BLP模型与BIBA模型
• 2.2.3 DTE模型
• 2.3 RBAC模型
• 2.4 Core RBAC模型
• 2.4.1 Core RBAC模型中的元素及关系
• 2.4.2 “组”和“角色”的关系
• 2.4.3 Core RBAC模型的优缺点
• 2.4.4 一种改进的RBAC模型——GB-RBAC模型
• 2.4.5 GB-RBAC模型的优缺点分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 加入约束的GB-RBAC模型
• 3.1 RBAC模型中的约束
• 3.1.1 RBAC模型中约束的提出及意义
• 3.1.2 RBAC96 模型组中RBAC2 模型的几种约束
• 3.1.3 NIST RBAC模型组中SSoD约束与DSoD约束
• 3.2 GB-RBAC模型约束设计
• 3.2.1 GB-RBAC模型新增的分配关系
• 3.2.2 对GB-RBAC模型提出约束的目的
• 3.2.3 非法操作集约束
• 3.2.4 作用于角色及对象组的约束
• 3.3 新加入约束的优点
• 3.4 本章小结
• 第4章 加入约束的GB-RBAC模型在Linux下的实现
• 4.1 软硬件环境
• 4.1.1 软件环境
• 4.1.2 硬件环境
• 4.2 LSM框架
• 4.2.1 透明安全字段
• 4.2.2 安全钩子函数
• 4.2.3 LSM框架总结
• 4.3 系统组件组成
• 4.4 内核空间组件的设计与实现
• 4.4.1 核心数据结构
• 4.4.2 User元素、Role元素模块的实现及用户-角色关系的实现
• 4.4.3 Perm元素模块的实现及角色-权限分配关系的实现
• 4.4.4 内核模块载入控制
• 4.4.5 LSM钩子函数设置及实现
• 4.4.6 访问请求仲裁模块的实现
• 4.5 用户空间应用程序的设计与实现
• 4.5.1 Netlink机制简介
• 4.5.2 用户空间辅助程序的设计与实现
• 4.6 新加入GB-RBAC模型的约束的实现
• 4.6.1 角色非法操作集合约束
• 4.6.2 对象组成员完全互斥约束
• 4.6.3 角色防冗余约束
• 4.7 本章小结
• 第5章 实验
• 5.1 实验内容简介
• 5.2 实验内容
• 5.2.1 实验环境
• 5.2.2 系统初始化阶段信息
• 5.2.3 用户分配关系管理
• 5.2.4 权限分配关系管理
• 5.2.5 访问请求仲裁部分
• 5.3 实验结果总结
• 结论
• 参考文献
• 致谢