基于嵌入式操作系统网络安全技术的研究

论文摘要

2004年LXI(LAN eXtension for Instrument)总线标准发布后,大量的基于LXI总线的测控仪器设备将要接入网络,但是,基于TCP/IP协议的开放的网络环境并不保障接入系统的安全性。现代一些安全协议解决了这些问题,例如SSL(Secure Socket Layer),相对于传统网络协议来说它提供了完美的安全机制。但由于LXI设备通常是一些具有特定功能的测控仪器,这些系统功能单一,内部资源有限,针对普通PC的网络安全方面的研究成果很难直接应用。因此,对于如何将现代网络安全协议机制应用到嵌入式网络仪器设备上的研究是完全有必要的。本文以嵌入式系统网络安全为主要研究内容,为了安全地控制嵌入式设备,例如控制LXI仪器,提出并实现了一种基于C/S(client/server)架构的嵌入式测控设备网络安全方案,为研究所以后LXI设备的安全联网做准备。首先从嵌入式特点、网络层级结构和密码学的角度讨论了相应的设计目标,确定可借鉴的安全协议和适合于嵌入式系统应用的加密算法;然后在此基础之上,选择并且开发实现了相应的软硬件平台;在分析了SSL安全协议后,提出了简化SSL协议的思想,并修改、编译了相应的SSL库,将其移植到VxWorks系统上;最后根据以上的思想提出了一种基于C/S架构的嵌入式测控设备网络安全方案,并将该方案在多种32位、RTOS嵌入式平台组成的局域网上进行原理性验证。验证结果表明,该安全方案实现了数据加密、身份验证、数据完整性保护,能够很好地抵御几种常见的有效攻击,如重播攻击、假冒攻击、拒绝服务攻击等,具有一定的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 嵌入式系统及嵌入式网络
• 1.1.1 嵌入式系统的定义
• 1.1.2 嵌入式网络的概念以及发展现状
• 1.2 嵌入式系统网络安全性问题
• 1.2.1 嵌入式网络面临的威胁
• 1.2.2 嵌入式网络安全的特点
• 1.2.3 国内外研究现状
• 1.3 课题的来源与研究的目的和意义
• 1.4 论文的结构和研究内容
• 第2章 总体研究方案设计
• 2.1 嵌入式网络安全措施分析
• 2.1.1 基于网络层级结构的安全体系
• 2.1.2 基于密码学的安全结构
• 2.2 系统软硬件平台的选择
• 2.2.1 硬件平台选择
• 2.2.2 软件平台介绍
• 2.3 总体研究方案
• 2.4 本章小结
• 第3章 实验系统的设计实现
• 3.1 VxWorks嵌入式操作系统的移植
• 3.1.1 建立开发环境
• 3.1.2 BSP代码设计
• 3.1.3 编译和下载VxWorks
• 3.1.4 初始化代码分析
• 3.2 嵌入式PC104 模块的VxWorks系统移植
• 3.3 ARM嵌入式模块的VxWorks系统移植
• 3.3.1 目标系统结构
• 3.3.2 BSP最小系统设计
• 3.3.3 驱动设计开发
• 3.4 本章小结
• 第4章 网络安全技术的嵌入式应用
• 4.1 SSL网络安全机制
• 4.1.1 记录层协议（Record Protocol）
• 4.1.2 握手协议（HandshakeProtocol）
• 4.1.3 修改密钥参数协议（Change Cipborspec Protocol）
• 4.1.4 警告协议（Alert Protocol）
• 4.1.5 会话状态和连接状态
• 4.2 基于SSL的嵌入式移植
• 4.2.1 OpenSSL软件包介绍
• 4.2.2 OpenSSL在VxWorks系统上的移植
• 4.3 嵌入式网络安全方案的设计
• 4.3.1 方案设计
• 4.3.2 程序实现
• 4.4 嵌入式网络安全方案的应用分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统的调试与测试
• 5.1 嵌入式软件的具体开发过程
• 5.2 BSP的调试和测试
• 5.2.1 BSP的调试
• 5.2.2 BSP的初步测试
• 5.3 嵌入式网络安全模块的调试与测试
• 5.3.1 嵌入式网络安全模块的调试
• 5.3.2 嵌入式网络安全模块的测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢