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信息安全安全架構(gòu)與設(shè)計(jì)

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安全架構(gòu)和設(shè)計(jì)Security Architecture and Design 
備注：1
關(guān)鍵知識(shí)領(lǐng)域
A. 理解安全模型的基本概念（如保密性、完整性與多層次模型）
B. 理解信息系統(tǒng)安全評(píng)估模型的組成
B.1 產(chǎn)品評(píng)估模型（如通用準(zhǔn)則）
B.2 工業(yè)與國(guó)際安全實(shí)施準(zhǔn)則（如PIC-DSS、ISO）
C. 理解信息系統(tǒng)的安全功能（如內(nèi)存保護(hù)、虛擬技術(shù)、可信平臺(tái)模塊）
D. 理解安全架構(gòu)的漏洞
D.1 系統(tǒng)（如隱蔽通道、狀態(tài)攻擊、電子發(fā)射）
D.2 技術(shù)與流程的整合（如單點(diǎn)故障、面向服務(wù)的架構(gòu)）
E. 理解軟件與系統(tǒng)的漏洞與威脅
E.1 基于Web（如XML、SAML、OWASP）
E.2 基于客戶端（如小程序）
E.3 基于服務(wù)器（如數(shù)據(jù)流量控制）
E.4 數(shù)據(jù)庫(kù)安全（如推斷、聚合、數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)）
E.5 分布式系統(tǒng)（如云計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算、對(duì)等網(wǎng)絡(luò)）
F. 理解對(duì)抗原理（如深度防御）
備注：2
目錄
計(jì)算機(jī)安全
系統(tǒng)架構(gòu)
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
操作系統(tǒng)架構(gòu)
系統(tǒng)安全體系結(jié)構(gòu)
安全模型
操作安全模式
系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法
橘皮書和彩虹系列
信息技術(shù)安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)
通用標(biāo)準(zhǔn)
認(rèn)證與認(rèn)可
開放與封閉系統(tǒng)
一些威脅的評(píng)估
備注：3
計(jì)算機(jī)安全（Computer Security ）
可用性：防止丟失或訪問，數(shù)據(jù)和資源流失
Availability: Prevention of loss of, or loss of access to, data and resources
完整性：防止數(shù)據(jù)和資源的未經(jīng)授權(quán)的修改
Integrity: Prevention of unauthorized modification of data and resources
保密性：防止未授權(quán)披露的數(shù)據(jù)和資源
Confidentiality: Prevention of unauthorized disclosure of data and resources
備注：4
系統(tǒng)架構(gòu)（System Architecture ）
架構(gòu)（Architecture）：體現(xiàn)在其組成部分，它們彼此之間以及與環(huán)境的關(guān)系，和指導(dǎo)原則其設(shè)計(jì)和演進(jìn)的系統(tǒng)的基本組織。
架構(gòu)描述（Architectural description ，AD）：以正式的方式表述一個(gè)架構(gòu)的文檔集合。
利益相關(guān)者（Stakeholder）：對(duì)于系統(tǒng)有利益關(guān)系或關(guān)注系統(tǒng)的個(gè)人、團(tuán)隊(duì)、組織（或集體）
視圖（View）：從相關(guān)的一組關(guān)注點(diǎn)透視出的整個(gè)系統(tǒng)的表述
視角（Viewpoint）：關(guān)于建設(shè)和使用視圖的慣例性說明，也是通過明確視圖建立目的、讀者，確立視圖與分析技巧后開發(fā)單個(gè)視圖的模板。
備注：5
正式的架構(gòu)術(shù)語和關(guān)系
備注：6
計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（Computer Architecture ）
計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)包括所有用于它的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的所必需的部件的功能，包括操作系統(tǒng)，存儲(chǔ)芯片，邏輯電路，存儲(chǔ)設(shè)備，輸入和輸出設(shè)備，安全組件，總線和網(wǎng)絡(luò)接口。
中央處理器（The Central Processing Unit）
多重處理（Multiprocessing）
操作系統(tǒng)組件（Operating System Components）
備注：7
中央處理器（The Central Processing Unit，CPU）
計(jì)算機(jī)的大腦。對(duì)CPU最常見的描述可能是：它從存儲(chǔ)器中提取指令并加以執(zhí)行。
控制單元
算術(shù)邏輯單元
寄存器
數(shù)據(jù)高速緩存器
解碼單元
預(yù)取單元
指令高速緩存器
總線單元
（主存儲(chǔ)器）
備注：8
中央處理器（The Central Processing Unit，CPU）
中央處理單元是計(jì)算機(jī)硬件的核心，主要任務(wù)是執(zhí)行各種命令，完成各種運(yùn)算和控制功能，是計(jì)算機(jī)的心臟，決定著系統(tǒng)的類型、性能和速度，CPU中包含：
(1)算術(shù)邏輯運(yùn)算單元ALU (Arithmetic Logic Unit) ：主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的計(jì)算或處理。
(2)控制單元(Control unit)：控制數(shù)據(jù)流向，例如數(shù)據(jù)或指令進(jìn)出CPU；并控制ALU的動(dòng)作。
(3)寄存器/緩存器(Registers)：負(fù)責(zé)儲(chǔ)存數(shù)據(jù)，以利CPU快速地存取。
累加器(Accumulator)
程序記數(shù)器(Program Counter)
內(nèi)存地址寄存器(Memory Address Register) 
內(nèi)存數(shù)據(jù)寄存器(Memory Buffer Register)
指令寄存器(Instruction Register) 
(4)連結(jié)路徑(interconnection path)：負(fù)責(zé)連接CPU內(nèi)部的組件，以利數(shù)據(jù)或控制訊號(hào)在不同組件間流傳。
備注：9
CPU運(yùn)行狀態(tài)
運(yùn)行狀態(tài)：Run/operating state
執(zhí)行指令
解題狀態(tài)：Application/Problem state
執(zhí)行應(yīng)用程序
僅執(zhí)行非特權(quán)(nonprivileged instructions)指令
管理程序狀態(tài)：Supervisor state 
特權(quán)模式下執(zhí)行
程序可以訪問整個(gè)系統(tǒng)，同時(shí)執(zhí)行特權(quán)( Privileged instructions )和非特權(quán)指令
等待狀態(tài)：Wait state 
等待特定事件完成
備注：10
多重處理（Multiprocessing）
對(duì)稱模式多重處理（Symmetric mode multiprocessing ）
計(jì)算機(jī)有兩個(gè)或者多個(gè)CPU且每個(gè)CPU都使用加載均衡方式
非對(duì)稱模式多重處理（Asymmetric mode multiprocessing ）
計(jì)算機(jī)有兩個(gè)或者多個(gè)CPU，且有一個(gè)CPU僅專門處理一個(gè)特定程序，而其他CPU執(zhí)行通用的處理程序
備注：11
關(guān)鍵概念
中央處理單元CPU，算術(shù)邏輯單元ALU，寄存器，控制單元
通用寄存器（General registers ）：CPU在執(zhí)行指令過程中使用的臨時(shí)存儲(chǔ)位置。
特殊寄存器（Special registers ）：保存關(guān)鍵處理參數(shù)的臨時(shí)存儲(chǔ)位置。保存諸如程序計(jì)數(shù)器，堆棧指針，程序狀態(tài)字（PSW）。
程序計(jì)數(shù)器（Program counter ）：為CPU所要執(zhí)行的指令保存存儲(chǔ)器地址
棧（Stack ）：進(jìn)程用來彼此傳輸指令和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器分段
程序狀態(tài)字（Program status word ）：向CPU表明需要用什么狀態(tài)（內(nèi)核模式還是用戶模式）運(yùn)行的條件變量
備注：12
關(guān)鍵概念
用戶模式（問題狀態(tài)）（User mode (problem state) ）：CPU在執(zhí)行不太可信的進(jìn)程指令時(shí)所用的保護(hù)模式
內(nèi)核模式（監(jiān)管狀態(tài)、特權(quán)模式）（Kernel mode (supervisory state, privilege mode)）：CPU在執(zhí)行較為可信的進(jìn)程指令時(shí)所用的工作狀態(tài)，進(jìn)程在內(nèi)核模式下比在用戶模式下可以訪問更多的計(jì)算機(jī)資源
地址總線（Address bus）：處理組件和存儲(chǔ)器段之間的物理連接，用來傳輸處理過程中所擁到的物理存儲(chǔ)器地址
數(shù)據(jù)總線（Data bus）：處理組件和存儲(chǔ)器段之間的物理連接，用來傳輸處理過程中所用到的數(shù)據(jù)。
對(duì)稱模式多重處理，不對(duì)稱模式多重處理
備注：13
操作系統(tǒng)組件（Operating System Components）
進(jìn)程管理（Process Management）
線程管理（Thread Management）
進(jìn)程調(diào)度（Process Scheduling）
進(jìn)程活動(dòng)（Process Activity）
備注：14
進(jìn)程管理（Process Management）
進(jìn)程管理：操作系統(tǒng)的職能之一，主要是對(duì)處理機(jī)進(jìn)行管理。為了提高CPU的利用率而采用多道程序技術(shù)。通過進(jìn)程管理來協(xié)調(diào)多道程序之間的關(guān)系，使CPU得到充分的利用。
進(jìn)程：Process
一個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的程序，有自己的地址空間, 是程序運(yùn)行的動(dòng)態(tài)過程
只能有限地與其它進(jìn)程通信，由OS負(fù)責(zé)處理進(jìn)程間的通信
進(jìn)程是程序運(yùn)行的一個(gè)實(shí)例，是運(yùn)行著的程序
備注：15
關(guān)鍵概念
多程序設(shè)計(jì)(MultiProgramming)
一個(gè)處理器允許多處程序的將交叉運(yùn)行, 即兩個(gè)或兩個(gè)以上程序在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中同處于開始個(gè)結(jié)束之間的狀態(tài)：多道、宏觀上并行、微觀上串行 
解決主機(jī)和外轉(zhuǎn)設(shè)備速度不匹配問題，為提高CPU的利用率。通過進(jìn)程管理，協(xié)調(diào)多道程序之間的CPU分配調(diào)度、沖突處理及資源回收等關(guān)系。
對(duì)象重用問題, TOC/TOU
多任務(wù)（MultiTasking）
單個(gè)處理器對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的任務(wù)并行執(zhí)行、交叉執(zhí)行
實(shí)時(shí)多任務(wù)(Realtime)、搶占式多任務(wù)(Preemptive)、協(xié)作式多任務(wù)(Cooperative)。協(xié)調(diào)式多任務(wù)各個(gè)進(jìn)程控制釋放CPU時(shí)間，搶占式多任務(wù)主要由操作系統(tǒng)控制時(shí)間
備注：16
關(guān)鍵概念
進(jìn)程表PCB：包含CPU所需的進(jìn)程狀態(tài)數(shù)據(jù)
中斷（Interrupts）：
分配給計(jì)算機(jī)部件（硬件和軟件）的值，以對(duì)計(jì)算機(jī)資源進(jìn)行有效的時(shí)間分片。
可屏蔽中斷（Maskable interrupt ）：分配給非關(guān)鍵操作系統(tǒng)活動(dòng)中斷值。
不可屏蔽中斷（Nonmaskable interrupt）：分配給關(guān)鍵操作系統(tǒng)活動(dòng)中斷值，如復(fù)位鍵
備注：17
線程管理（Thread Management）
線程（Thread）：是為了節(jié)省資源而可以在同一個(gè)進(jìn)程中共享資源的一個(gè)執(zhí)行單位。
多線程（Multithreading）：通過生成不同指令集（線程）同時(shí)執(zhí)行多個(gè)活動(dòng)的應(yīng)用程序
備注：18
進(jìn)程調(diào)度（Process Scheduling）
無論是在批處理系統(tǒng)還是分時(shí)系統(tǒng)中，用戶進(jìn)程數(shù)一般都多于處理機(jī)數(shù)、這將導(dǎo)致它們互相爭(zhēng)奪處理機(jī)。另外，系統(tǒng)進(jìn)程也同樣需要使用處理機(jī)。這就要求進(jìn)程調(diào)度程序按一定的策略，動(dòng)態(tài)地把處理機(jī)分配給處于就緒隊(duì)列中的某一個(gè)進(jìn)程，以使之執(zhí)行。
軟件死鎖（Software deadlock ）：兩個(gè)進(jìn)程都在等待系統(tǒng)資源被釋放額導(dǎo)致不能完成他們的活動(dòng)的情況。
備注：19
進(jìn)程活動(dòng)
早期操作系統(tǒng)中，一個(gè)進(jìn)程掛起，其它所有程序也會(huì)掛起
進(jìn)程隔離：對(duì)象封裝，共享資源時(shí)分復(fù)用，命名區(qū)分，虛擬映射
備注：20
關(guān)鍵概念
進(jìn)程
多程序設(shè)計(jì)：操作系統(tǒng)交叉執(zhí)行不止一個(gè)進(jìn)程
多任務(wù)處理：操作系統(tǒng)同時(shí)執(zhí)行不止一個(gè)任務(wù)
協(xié)調(diào)式多任務(wù)
搶占式多任務(wù)
進(jìn)程狀態(tài)：就緒，運(yùn)行，阻塞
中斷，可屏蔽中斷
線程，多線程
軟件死鎖

備注：21
存儲(chǔ)器管理
管理目標(biāo)
為編程人員提供一個(gè)抽象層
通過有限的可用存儲(chǔ)器提供最高性能
保護(hù)操作系統(tǒng)與加載入存儲(chǔ)器的應(yīng)用程序
存儲(chǔ)器管理器五項(xiàng)基本功能
重新部署
根據(jù)需要，在RAM和硬盤之間交換內(nèi)容
保護(hù)
限制進(jìn)程只與分配給它們的存儲(chǔ)器段交互，為存儲(chǔ)器段提供訪問控制
共享
當(dāng)進(jìn)程需要使用相同的共享存儲(chǔ)器段時(shí)，使用復(fù)雜的控制來確保完整性和機(jī)密性
邏輯組織
允許共享特定的軟件模塊
物理組織
為應(yīng)用程序和操作系統(tǒng)進(jìn)程劃分物理存儲(chǔ)器空間
備注：22
存儲(chǔ)器類型
隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（Random access memory，RAM）
可隨時(shí)寫入或讀出數(shù)據(jù)
用于操作系統(tǒng)和應(yīng)用所執(zhí)行的讀寫活動(dòng)，即通常所說的內(nèi)存
寄存器，Register
Cache
動(dòng)態(tài)隨機(jī)儲(chǔ)存內(nèi)存(Dynamic RAM, DRAM)
靜態(tài)隨機(jī)儲(chǔ)存內(nèi)存(Static RAM，SRAM)：面積更大，造價(jià)更高，速度更快
由CPU直接存取
關(guān)閉電源存放在DRAM、寄存器、Cache的內(nèi)容消失，不可永久保存資料
抖動(dòng)：讀取數(shù)據(jù)所花時(shí)間超過處理數(shù)據(jù)的時(shí)間
備注：23
存儲(chǔ)器類型
只讀存儲(chǔ)器（Read only memory，ROM）
只能讀不能寫
關(guān)閉電源內(nèi)容不消失，可永久保存數(shù)據(jù)。而使用SRAM進(jìn)行存儲(chǔ)，需要有電池等設(shè)備。
種類：
PROM( programmable ROM)：數(shù)據(jù)或程序可依使用者的需求來燒錄，程序或數(shù)據(jù)一經(jīng)燒錄便無法更改。
EPROM( erasable PROM)：可擦拭可程序規(guī)劃的ROM，舊有的數(shù)據(jù)或程序可利用紫外線的照射來加以消除，使用者可以重復(fù)使用該顆EPROM，來燒錄不同程序的程序或數(shù)據(jù)。
EEPROM( electrically erase PROM)：電子式可擦拭可程序規(guī)劃的ROM。
MASK ROM：屏蔽式，數(shù)據(jù)由制造廠商在內(nèi)存制造過程時(shí)寫入。
備注：24
存儲(chǔ)器類型
高速緩存（Cache Memory）
為了緩和CPU與主存儲(chǔ)器之間速度的矛盾，在CPU和主存儲(chǔ)器之間設(shè)置一個(gè)緩沖性的高速存儲(chǔ)部件，它的工作速度接近CPU的工作速度，但其存儲(chǔ)容量比主存儲(chǔ)器小得多。
高速緩存分為兩種，一種是內(nèi)建在CPU中的L1快取，另一種則是在CPU之外，稱為L(zhǎng)2快取。
高速緩存愈大，對(duì)計(jì)算機(jī)執(zhí)行效率的幫助愈大。
速度最快、最貴
存儲(chǔ)器映射（Memory Mapping）：邏輯地址引導(dǎo)到特定的物理地址
緩沖區(qū)溢出（Buffer Overflows）
緩沖區(qū)溢出攻擊利用編寫不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)某绦颍ㄟ^向程序的緩存區(qū)寫入超過預(yù)定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)，造成緩存的溢出，從而破壞程序的堆棧，導(dǎo)致程序執(zhí)行流程的改變。 
ALSR：地址空間隨機(jī)布局化
DEP：數(shù)據(jù)執(zhí)行保護(hù)
存儲(chǔ)器泄露（Memory Leaks）
開發(fā)正確釋放存儲(chǔ)器的更完善的代碼
使用垃圾收集器（garbage collector）
備注：25
虛擬存儲(chǔ)器（Virtual Memory）
通過使用二級(jí)存儲(chǔ)器(部分硬盤空間)來擴(kuò)展內(nèi)存(RAM)的容量，對(duì)未被執(zhí)行的程序頁進(jìn)行處理
虛擬存儲(chǔ)器屬于操作系統(tǒng)中存儲(chǔ)管理的內(nèi)容，因此，其大部分功能由軟件實(shí)現(xiàn)。 
虛擬存儲(chǔ)器是一個(gè)邏輯模型，并不是一個(gè)實(shí)際的物理存儲(chǔ)器。
虛擬存儲(chǔ)器的作用：分隔地址空間；解決主存的容量問題；程序的重定位
虛擬存儲(chǔ)器不僅解決了存儲(chǔ)容量和存取速度之間的矛盾，而且也是管理存儲(chǔ)設(shè)備的有效方法。有了虛擬存儲(chǔ)器，用戶無需考慮所編程序在主存中是否放得下或放在什么位置等問題。
備注：26
關(guān)鍵概念
進(jìn)程隔離
動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)
基礎(chǔ)寄存器（起始地址），限制寄存器（終止地址）
RAM ROM 高速緩沖存儲(chǔ)器
絕對(duì)地址，邏輯地址
緩沖區(qū)溢出，ASLR，DEP
垃圾收集器，虛擬存儲(chǔ)器
備注：27
輸入輸出設(shè)備管理
輸入是把信息送入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的過程，輸出是從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)送出信息的過程，用戶通過輸入/輸出設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)互相通信。
常用輸入設(shè)備：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀
常用輸出設(shè)備：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀
輸出/輸入接口
數(shù)據(jù)要從計(jì)算機(jī)內(nèi)部輸出時(shí)，它會(huì)將內(nèi)部的表示法轉(zhuǎn)成外圍設(shè)備看得懂的表示法以利輸出。反之，若要從外圍設(shè)備傳數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，它也會(huì)將外界的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)成計(jì)算機(jī)內(nèi)部看得懂的表示法。檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性
備注：28
I/O技術(shù)
可編程Programmed I/O
速度慢
中斷驅(qū)動(dòng)Interrupt-driven I/O
由外部發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求CPU中斷或結(jié)束正常程序運(yùn)行
處理中斷導(dǎo)致時(shí)間消耗
DMA I/O using DMA
是一種完全由硬件執(zhí)行I/O交換的工作方式。速度快
映射前Premapped I/O
I/O取得足夠信任，IIO與存儲(chǔ)器直接交互數(shù)據(jù)
全映射Fully mapped I/O
不完全信任I/O，IO設(shè)備只與邏輯地址直接交互
備注：29
CPU架構(gòu)
保護(hù)環(huán)Protection Ring
一組同心的編號(hào)環(huán)   
環(huán)數(shù)決定可以訪問的層次，越低的環(huán)數(shù)表示越高的特權(quán)
程序假定執(zhí)行環(huán)數(shù)的位置     
程序不可以直接訪問比自身高的層次，如需訪問，系統(tǒng)調(diào)用(system call)
一般使用4個(gè)保護(hù)環(huán)：
Ring 1 操作系統(tǒng)安全核心
Ring 2 其他操作系統(tǒng)功能 – 設(shè)圖示控制器
Ring 3 系統(tǒng)應(yīng)用程序，數(shù)據(jù)庫(kù)功能等
Ring 4 應(yīng)用程序空間
備注：30
操作系統(tǒng)架構(gòu)（Operating System Architectures）
單塊操作系統(tǒng)架構(gòu)
分層操作系統(tǒng)架構(gòu)
備注：31
操作系統(tǒng)架構(gòu)
單片（Monolithic ）
所有操作系統(tǒng)進(jìn)程在內(nèi)核模式下運(yùn)行。
分層（Layered）
所有操作系統(tǒng)進(jìn)程在內(nèi)核模式下的分層模型上運(yùn)行。內(nèi)核過大
微內(nèi)核（Microkernel）
核心操作系統(tǒng)進(jìn)程運(yùn)行在內(nèi)核模式，其余運(yùn)行在用戶模式。內(nèi)核過小
混合微內(nèi)核（Hybrid microkernel）
所有操作系統(tǒng)進(jìn)程在內(nèi)核模式下運(yùn)行。核心進(jìn)程運(yùn)行在微內(nèi)核，其他運(yùn)行在客戶端\服務(wù)器模式。
備注：32
分層操作系統(tǒng)

備注：33
微內(nèi)核操作系統(tǒng)
備注：34
Windows混合微內(nèi)核架構(gòu)
備注：35
主要的操作系統(tǒng)內(nèi)核架構(gòu)
備注：36
虛擬機(jī)
備注：37
虛擬機(jī)優(yōu)勢(shì)
多個(gè)服務(wù)器整合
遺留應(yīng)用程序運(yùn)行
運(yùn)行不可信程序，提供安全的隔離的沙箱
模仿獨(dú)立計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)
多個(gè)系統(tǒng)，多種硬件適合
強(qiáng)大的調(diào)試和性能監(jiān)控
超強(qiáng)隔離能力
備份、恢復(fù)、遷移更簡(jiǎn)單

備注：38
系統(tǒng)安全體系結(jié)構(gòu)（System Security Architecture）
安全策略（Security Policy）
安全架構(gòu)要求（Security Architecture Requirements）
備注：39
安全策略（Security Policy）
指導(dǎo)性綱領(lǐng)，為系統(tǒng)整體和構(gòu)成它的組件從安全角度提出根本的目標(biāo)，是戰(zhàn)略工具。安全策略是一個(gè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)規(guī)范，使系統(tǒng)集成后評(píng)估它的基準(zhǔn)。
備注：40
安全架構(gòu)要求（Security Architecture Requirements）
可信計(jì)算基（Trusted Computing Base）
安全邊界（Security Perimeter）
引用監(jiān)視器（Reference Monitor，RM）
安全內(nèi)核（Security Kernel）
備注：41
可信計(jì)算基（Trusted Computing Base）
TCB是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)保護(hù)機(jī)制的總體, 包括硬件、固體、軟件和負(fù)責(zé)執(zhí)行安全策略的組合體。
TCB由一系列的部件構(gòu)成，在產(chǎn)品或系統(tǒng)中執(zhí)行統(tǒng)一的安全策略。
TCB的三個(gè)要求
TCB必須保證其自身在一個(gè)域中的執(zhí)行，防止被外界干擾或破壞
TCB所控制的資源必須是已經(jīng)定義的主體或客體的子集
TCB必須隔離被保護(hù)的資源，以便進(jìn)行訪問控制和審計(jì)
TCB維護(hù)每個(gè)域的保密性和完整性，監(jiān)視4個(gè)基本功能
進(jìn)程激活：Process activation
執(zhí)行域的切換：Execution domain switching
內(nèi)存保護(hù)：Memory protection
I/O操作：I/O operation
備注：42
引用監(jiān)視器（Reference Monitor，RM）
RM是一個(gè)抽象機(jī)的訪問控制概念，基于訪問控制數(shù)據(jù)庫(kù)協(xié)調(diào)所有主體對(duì)客體的訪問
RM的任務(wù)
根據(jù)訪問控制數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)主體對(duì)客體的訪問請(qǐng)求做出是否允許的裁決，并將該請(qǐng)求記錄到審計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中。注意：基準(zhǔn)監(jiān)視器有動(dòng)態(tài)維護(hù)訪問控制數(shù)據(jù)庫(kù)的能力。
RM的特性：
執(zhí)行主體到對(duì)象所有訪問的抽象機(jī)
必須執(zhí)行所有訪問，能夠在修改中被保護(hù)，能夠恢復(fù)正常，并且總是被調(diào)用。
處理所有主體到客體訪問的抽象機(jī)
備注：43
安全內(nèi)核（Security Kernel）
安全內(nèi)核是TCB中執(zhí)行引用監(jiān)視器概念的硬件、固件和軟件元素
理論基礎(chǔ)：在一個(gè)大的操作系統(tǒng)中，只將相對(duì)比較小的一部分軟件負(fù)責(zé)實(shí)施系統(tǒng)安全，并將實(shí)施安全的這部分軟件隔離在一個(gè)可信的安全核，這個(gè)核就稱為安全核。
需要滿足三個(gè)原則
完備性：協(xié)調(diào)所有的訪問控制
隔離性：受保護(hù)，不允許被修改
可驗(yàn)證性：被驗(yàn)證是正確的
安全核技術(shù)是早期構(gòu)建安全操作系統(tǒng)最為常用的技術(shù)，幾乎可以說是唯一能夠?qū)嵱玫募夹g(shù)。
引用監(jiān)視器RM是概念，抽象的機(jī)器，協(xié)調(diào)所有主體對(duì)對(duì)象間的訪問；安全內(nèi)核是硬件，是TCB中執(zhí)行RM的部分，TCB中除安全內(nèi)核外還有其它安全機(jī)制
備注：44
關(guān)鍵概念
虛擬化
Hypervisor:用來管理模擬環(huán)境中的虛擬機(jī)的中央程序
安全策略
可信計(jì)算基
可信路徑：進(jìn)程之間用來通信的，不能被繞過的可信軟件通道
安全邊界
引用監(jiān)視器
安全內(nèi)核
多級(jí)安全策略
備注：45
安全模型（Security Models ）
狀態(tài)機(jī)模型（State Machine Models）
Bell-LaPadula 模型
Biba模型
Clark-Wilson模型
信息流模型（Information Flow Model）
非干涉模型（Noninterference Model）
格子模型（Lattice Model）
Brewer and Nash模型
Graham-Denning模型
Harrison-Ruzzo-Ullman（HRU）模型
備注：46
安全策略與安全模型
安全策略勾勒出目標(biāo)，寬泛、模糊而抽象，安全模型提供了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)應(yīng)該做什么，不應(yīng)該做什么，具有實(shí)踐指導(dǎo)意義，給出了策略的形式
備注：47
狀態(tài)機(jī)模型（State Machine Models）
狀態(tài)機(jī)模型描述了一種無論處于何種狀態(tài)都是安全的系統(tǒng)
一個(gè)狀態(tài)（State）是處于特定時(shí)刻系統(tǒng)的一個(gè)快照，如果該狀態(tài)所有方面都滿足安全策略的要求，就稱之為安全的
State transition：狀態(tài)轉(zhuǎn)換，
許多活動(dòng)可能會(huì)改變系統(tǒng)狀態(tài)，成為狀態(tài)遷移（State transition），遷移總是導(dǎo)致新的狀態(tài)的出現(xiàn)
如果所有的行為都在系統(tǒng)中允許并且不危及系統(tǒng)使之處于不安全狀態(tài)，則系統(tǒng)執(zhí)行一個(gè)——安全狀態(tài)機(jī)模型：secure state model。
一個(gè)安全的狀態(tài)機(jī)模型系統(tǒng)，總是從一個(gè)安全狀態(tài)啟動(dòng)，并且在所有遷移當(dāng)中保持安全狀態(tài)，只允許主體以和安全策略相一致的安全方式來訪問資源
安全的狀態(tài)機(jī)模型是其他安全模型的基礎(chǔ)
備注：48
狀態(tài)機(jī)模型（State Machine Models）
備注：49
Bell-LaPadula 模型
1973年，David Bell和Len LaPadula提出了第一個(gè)正式的安全模型，該模型基于強(qiáng)制訪問控制系統(tǒng)，以敏感度來劃分資源的安全級(jí)別。將數(shù)據(jù)劃分為多安全級(jí)別與敏感度的系統(tǒng)稱之為多級(jí)安全系統(tǒng)
為美國(guó)國(guó)防部多級(jí)安全策略形式化而開發(fā)
Bell-LaPadula保密性模型是第一個(gè)能夠提供分級(jí)別數(shù)據(jù)機(jī)密性保障的安全策略模型(多級(jí)安全)。
特點(diǎn)：
信息流安全模型
只對(duì)機(jī)密性進(jìn)行處理
運(yùn)用狀態(tài)機(jī)模型和狀態(tài)轉(zhuǎn)換的概念
基于政府信息分級(jí)——無密級(jí)、敏感但無密級(jí)、機(jī)密、秘密、絕密
“Need to know”——誰需要知道？
開始于安全狀態(tài)，在多個(gè)安全狀態(tài)中轉(zhuǎn)換(初始狀態(tài)必須安全，轉(zhuǎn)變結(jié)果才在安全狀態(tài))
備注：50
Bell-LaPadula 模型安全規(guī)則
簡(jiǎn)單安全規(guī)則ss (Simple Security Property )
安全級(jí)別低的主體不能讀安全級(jí)別高的客體信息(No Read Up)
星規(guī)則* The *  (star) security Property
安全級(jí)別高的主體不能往低級(jí)別的客體寫(No write Down)
強(qiáng)星規(guī)則 Strong * property
不允許對(duì)另一級(jí)別進(jìn)行讀取
自主安全規(guī)則ds (Discretionary security Property )
使用訪問控制矩陣來定義說明自由存取控制
內(nèi)容相關(guān) Content Dependent 
上下文相關(guān)Context Dependent
備注：51
BLP模型的缺陷
不能防止隱蔽通道(covert channels)
不針對(duì)使用文件共享和服務(wù)器的現(xiàn)代信息系統(tǒng)
沒有明確定義何謂安全狀態(tài)轉(zhuǎn)移(secure state transition)
基于多級(jí)安全保護(hù)(multilevel security)而未針對(duì)其他策略類型 
不涉及訪問控制管理
不保護(hù)完整性和可用性
備注：52
Biba模型
完整性的三個(gè)目標(biāo)：保護(hù)數(shù)據(jù)不被未授權(quán)用戶更改；保護(hù)數(shù)據(jù)不被授權(quán)用戶越權(quán)修改(未授權(quán)更改)；維持?jǐn)?shù)據(jù)內(nèi)部和外部的一致性
1977作為Bell-Lapadula的完整性補(bǔ)充而提出, 用于非軍事行業(yè)
Biba基于一種層次化的完整性級(jí)別格子(hierarchical lattice of integrity levels)，是一種信息流安全模型。
特點(diǎn)：
基于小于或等于關(guān)系的偏序的格
最小上限(上確界)， least upper bound (LUB)
最大下限(下確界)，greatest lower bound (GLB)
Lattice = (IC,<= , LUB, GUB) 
數(shù)據(jù)和用戶分級(jí)
強(qiáng)制訪問控制
備注：53
Biba模型安全規(guī)則
*完整性公理：主題不能向位于較高完整性級(jí)別的客體寫數(shù)據(jù)，不能向上寫
簡(jiǎn)單完整性公理：主題不能從較低完整性級(jí)別讀取數(shù)據(jù)，不能向下讀
調(diào)用屬性：主體不能請(qǐng)求完整性級(jí)別更高的主體服務(wù)

信息來源，可信數(shù)據(jù)

備注：54
Clark-Wilson模型
在1987年被提出的
經(jīng)常應(yīng)用在銀行應(yīng)用中以保證數(shù)據(jù)完整性
實(shí)現(xiàn)基于成形的事務(wù)處理機(jī)制
要求完整性標(biāo)記
定義：
受限數(shù)據(jù)條目Constrained Data Item (CDI) 
完整性檢查程序Integrity Verification Procedure (IVP)
轉(zhuǎn)換程序Transformation Procedure (TP)
自由數(shù)據(jù)條目Unconstrained Data Item
Clark-Wilson需要integrity label用于確定一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的完整級(jí)別，并在TP后驗(yàn)證其完整性是否維持，采用了實(shí)現(xiàn)內(nèi)/外一致性的機(jī)制，separation of duty, mandatory integrity policy
備注：55
Clark-Wilson模型
完整性的模型
沒有像Biba那樣使用lattice結(jié)構(gòu)，而是使用Subject/Program/Object這樣的三方關(guān)系（triple），Subject并不能直接訪問Object，只能通過Program來訪問
兩個(gè)原則：
well-formed transactions：采用了program的形式，主體只能通過program訪問客體，每個(gè)恰當(dāng)設(shè)計(jì)的program都有特定的限制規(guī)則，這就有效限制了主體的能力
separation of duties：將關(guān)鍵功能分成兩個(gè)或多個(gè)部分，必須由不同的主體去完成各個(gè)部分，可防止已授權(quán)用戶進(jìn)行未授權(quán)的修改
要求具有審計(jì)能力（Auditing）
Clark-Wilson model也被稱作restricted interface model
該模型考慮到了完整性的3個(gè)目標(biāo)，而Biba模型只考慮了第一個(gè)：防止未授權(quán)用戶更改；防止授權(quán)用戶的不正確更改（職責(zé)分離），維護(hù)內(nèi)部和外部的一致性
備注：56
信息流模型（Information Flow Model）
基于狀態(tài)機(jī)，由對(duì)象、狀態(tài)轉(zhuǎn)換以及格(流策略)狀態(tài)組成,對(duì)象可以是用戶，每個(gè)對(duì)象都被分配一個(gè)安全等級(jí)和值
Bell-LaPadula和Biba模型都是信息流模型，前者要防止信息從高安全等級(jí)流向低安全等級(jí)，后者要防止信息從低安全等級(jí)流向高安全等級(jí)
信息流模型并不是只處理信息流向，也可以處理流類型
信息流模型用于防止未授權(quán)的、不安全的或者受到限制的信息流，信息流可以是同一級(jí)別主體與客體之間的，也可以是不同級(jí)別間的
信息流模型允許所有授權(quán)信息流，無論是否在同一級(jí)別;   信息流模型防止所有未授權(quán)的信息流，無論是否在同一級(jí)別
信息被限制在策略允許的方向流動(dòng)
備注：57
隱蔽信道（Covert Channels）
隱蔽通道是一種讓一個(gè)實(shí)體以未授權(quán)方式接收信息。
條件
在產(chǎn)品開發(fā)過程中不當(dāng)監(jiān)督
在軟件中實(shí)施不當(dāng)?shù)脑L問控制
兩個(gè)實(shí)體之間未適當(dāng)?shù)乜刂乒蚕碣Y源
隱蔽通道有兩種類型：
存儲(chǔ)：
存儲(chǔ)隱蔽通道，進(jìn)程能夠通過系統(tǒng)的一些類型的存儲(chǔ)空間通信。（木馬）
通過創(chuàng)建文件。
計(jì)時(shí)
一個(gè)進(jìn)程通過調(diào)整其使用系統(tǒng)資源的信息轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)進(jìn)程中繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。
備注：58
非干涉模型（Noninterference Model）
基于信息流模型
非干涉模型并不關(guān)心信息流，而是關(guān)心影響系統(tǒng)狀態(tài)或者其他主體活動(dòng)的某個(gè)主體的活動(dòng)
確保在較高安全級(jí)別發(fā)生的任何活動(dòng)不會(huì)影響，或者干涉在較低安全級(jí)別發(fā)生的活動(dòng)。如果在較高安全級(jí)內(nèi)的一個(gè)實(shí)體執(zhí)行一項(xiàng)操作，那么它不能改變?cè)谳^低安全級(jí)內(nèi)實(shí)體的狀態(tài)
如果一個(gè)處于較低安全級(jí)的實(shí)體感受到了由處于較高安全級(jí)內(nèi)的一個(gè)實(shí)體所引發(fā)的某種活動(dòng)，那么該實(shí)體可能能夠推斷出較高級(jí)別的信息，引發(fā)信息泄漏
基本原理為，一組用戶(A)使用命令(C)，不被用戶組(B)(使用命令D)干擾，可以表達(dá)成A, C:| B, D，同樣，使用命令C的組A的行為不能被使用命令D的組B看到
備注：59
格子模型（Lattice Model）
Lattice 模型通過劃分安全邊界對(duì)BLP模型進(jìn)行了擴(kuò)充，它將用戶和資源進(jìn)行分類，并允許它們之間交換信息，這是多邊安全體系的基礎(chǔ)。
多邊安全的焦點(diǎn)是在不同的安全集束（部門，組織等）間控制信息的流動(dòng)，而不僅是垂直檢驗(yàn)其敏感級(jí)別。
建立多邊安全的基礎(chǔ)是為分屬不同安全集束的主體劃分安全等級(jí)，同樣在不同安全集束中的客體也必須進(jìn)行安全等級(jí)劃分，一個(gè)主體可同時(shí)從屬于多個(gè)安全集束，而一個(gè)客體僅能位于一個(gè)安全集束。
在執(zhí)行訪問控制功能時(shí)，lattice模型本質(zhì)上同BLP模型是相同的，而lattice模型更注重形成"安全集束"。BLP模型中的"上讀下寫"原則在此仍然適用，但前提條件必須是各對(duì)象位于相同的安全集束中。主體和客體位于不同的安全集束時(shí)不具有可比性，因此在它們中沒有信息可以流通。
備注：60
Brewer and Nash Model
Brew and Nash: Chinese Wall
Chinese Wall模型是應(yīng)用在多邊安全系統(tǒng)中的安全模型（也就是多個(gè)組織間的訪問控制系統(tǒng)），應(yīng)用在可能存在利益沖突的組織中。最初是為投資銀行設(shè)計(jì)的，但也可應(yīng)用在其它相似的場(chǎng)合。 
Chinese Wall安全策略的基礎(chǔ)是客戶訪問的信息不會(huì)與目前他們可支配的信息產(chǎn)生沖突。在投資銀行中，一個(gè)銀行會(huì)同時(shí)擁有多個(gè)互為競(jìng)爭(zhēng)者的客戶，一個(gè)銀行家可能為一個(gè)客戶工作，但他可以訪問所有客戶的信息。因此，應(yīng)當(dāng)制止該銀行家訪問其它客戶的數(shù)據(jù)。
Chinese Wall安全模型的兩個(gè)主要屬性：
用戶必須選擇一個(gè)他可以訪問的區(qū)域
用戶必須自動(dòng)拒絕來自其它與用戶所選區(qū)域的利益沖突區(qū)域的訪問
這種模型同時(shí)包括了DAC和MAC的屬性：銀行家可以選擇為誰工作（DAC），但是一旦選定，他就被只能為該客戶工作（MAC）。
備注：61
Graham-Denning模型
如何安全地創(chuàng)建一個(gè)客體
如何安全地創(chuàng)建一個(gè)主體
如何安全地刪除客體
如何安全地刪除主體
如何安全地提供讀訪問權(quán)
如何安全地提供準(zhǔn)許接入權(quán)
如何安全地提供刪除訪問權(quán)限
如何安全地提供轉(zhuǎn)移訪問權(quán)限
備注：62
Harrison-Ruzzo-Ullman（HRU）模型
主體的訪問權(quán)限以及這些權(quán)限的完整性。
主體只能對(duì)客體執(zhí)行一組有限的操作
HRU被軟件設(shè)計(jì)人員用來確保沒有引入意外脆弱性，從而可以實(shí)現(xiàn)訪問控制目標(biāo)
備注：63
操作安全模式（Security Modes of Operation ）
專用安全模式
Dedicated Security Mode	訪問系統(tǒng)上所有信息的適當(dāng)許可
訪問系統(tǒng)上所有信息的正式訪問批準(zhǔn)
訪問系統(tǒng)上所有信息的簽名NDA
訪問系統(tǒng)上所有信息的有效”知其所需“
任何用戶都能夠訪問所有數(shù)據(jù)
系統(tǒng)高安全模式
System High-Security Mode	訪問系統(tǒng)上所有信息的適當(dāng)許可
訪問系統(tǒng)上所有信息的正式訪問批準(zhǔn)
訪問系統(tǒng)上所有信息的簽名NDA
訪問系統(tǒng)上所有信息的有效”知其所需“
根據(jù)他們的“知其所需”,所有用戶都能訪問一些數(shù)據(jù)
分隔安全模式
Compartmented Security Mode	訪問系統(tǒng)上所有信息的適當(dāng)許可
訪問系統(tǒng)上所有信息的正式訪問批準(zhǔn)
訪問系統(tǒng)上所有信息的簽名NDA
訪問系統(tǒng)上所有信息的有效”知其所需“
根據(jù)他們的“知其所需”和正式批準(zhǔn),所有用戶都能訪問一些數(shù)據(jù)
多級(jí)安全模式
Multilevel Security Mode	訪問系統(tǒng)上所有信息的適當(dāng)許可
訪問系統(tǒng)上所有信息的正式訪問批準(zhǔn)
訪問系統(tǒng)上所有信息的簽名NDA
訪問系統(tǒng)上所有信息的有效”知其所需“
根據(jù)他們的“知其所需”、許可和正式批準(zhǔn),所有用戶都能訪問一些數(shù)據(jù)
備注：64
信任與保證
TCSEC中，較低保證級(jí)別評(píng)定工作會(huì)考察系統(tǒng)的保護(hù)機(jī)制和測(cè)試結(jié)果，較高保證級(jí)別評(píng)定工作更多考查系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、規(guī)范、開發(fā)過程、支持文檔以及測(cè)試結(jié)果

備注：65
系統(tǒng)評(píng)估方法（Systems Evaluation Methods ）
ITSEC 
1991
CC 1.0
1996

TCSEC
 1985
CTCPEC 
1993
FC 
1992
ISO15408 1999
CC 2.0
1998
GB/T 18336 2001
CD
1997
FCD
1998
GIB 2646 
1996
GB 17859 
1999
GB/T 18336 2008
ISO15408 1999
備注：66
橘皮書（Orange Book）
Trusted Computer System Evaluation Criteria（TCSEC），是一個(gè)評(píng)估OS、應(yīng)用的、系統(tǒng)的規(guī)范，評(píng)價(jià)不同系統(tǒng)的尺度，檢查系統(tǒng)的功能性、有效性和保證程度，提供多種級(jí)別。
1970年由美國(guó)國(guó)防科學(xué)委員會(huì)提出。1985年公布。
主要為軍用標(biāo)準(zhǔn)，延用至民用。
TCSEC2000年被Common Criteria所替代，是第一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全規(guī)范。
備注：67
TCSEC等級(jí)
D — 最小保護(hù)(minimal protection)
C — 自主保護(hù)(discretionary protection)
C1: 選擇安全性保護(hù)，Discretionary Security Protection
C2: 受約束的訪問保護(hù)，Controlled Access Protection 
B — 強(qiáng)制保護(hù)(mandatory protection)
B1: 標(biāo)簽式安全保護(hù)，Labeled Security
B2: 結(jié)構(gòu)化保護(hù)，Structure Protection
B3: 安全域，Security Domain
A — 校驗(yàn)保護(hù)(verified protection)
A1: 驗(yàn)證設(shè)計(jì)，Verified Design
備注：68
類別	名稱	主要特征	安全要求
A	驗(yàn)證設(shè)計(jì)
（verity design）	形式化的最高級(jí)描述和驗(yàn)證，形式化的隱密通道分析，非形式化的代碼一致性證明	設(shè)計(jì)必須從數(shù)學(xué)角度上經(jīng)過驗(yàn)證，而且必須進(jìn)行秘密能道和可信任分布的分析。
B3	安全域
(security domain)	安全內(nèi)核，高抗?jié)B透能力	用戶工作站或終端能過可信任途徑連接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
B2	結(jié)構(gòu)防護(hù)
（structured protection）	設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)必須有一個(gè)合理的總體設(shè)計(jì)方案，面向安全的體系結(jié)構(gòu)，遵循最小授權(quán)原則，較好的滲透能力，訪問控制應(yīng)對(duì)所有的主體和客體提供保護(hù)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行隱蔽通道分析	計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中所有對(duì)象都加標(biāo)簽，而且給設(shè)備（如工作站、終端和磁盤驅(qū)動(dòng)器）分配安全級(jí)別。
B1	標(biāo)號(hào)安全防護(hù)
（label security protection）	除了C2級(jí)別的安全需求外，增加安全策略模型，數(shù)據(jù)標(biāo)號(hào)（安全和屬性）	在不同級(jí)別對(duì)敏感信息提供更高級(jí)的保護(hù)，讓每個(gè)對(duì)象都有有一個(gè)敏感標(biāo)簽
C2	受控的訪問環(huán)境	存取控制以用戶為單位廣泛的審計(jì)	加入身份認(rèn)證級(jí)別，系統(tǒng)對(duì)發(fā)生的事件加以審計(jì)并寫入日志
C1	選擇性安全防護(hù)
（discretionary security protection）	有選擇的存取控制，用戶與數(shù)據(jù)分離，數(shù)據(jù)的保護(hù)以用戶組為單位	硬件有一定的安全保護(hù)（如硬件有帶鎖裝置），用戶在使用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)前必須先登錄。允許系統(tǒng)管理員為一些程序或數(shù)據(jù)設(shè)立訪問許可權(quán)限。
D	最小保護(hù)	保護(hù)措施很小，沒有安全功能	不要求用戶進(jìn)行登記（要求用戶提供用戶名）或使用密碼（要求用戶提供惟一的字符串來進(jìn)行訪問）
備注：69
橘皮書和彩虹系列（The Orange Book and the Rainbow Series ）
橘皮書（Orange Book）
專門針對(duì)操作系統(tǒng)
主要著眼于安全的一個(gè)屬性（機(jī)密性）
適用于政府分類
評(píng)級(jí)數(shù)量較少
紅皮書（Red Book）
單個(gè)系統(tǒng)的安全問題
解決網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)組件的安全評(píng)估問題，主要針對(duì)獨(dú)立局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)系統(tǒng)
涉及通信完整性、防止拒絕服務(wù)、泄露保護(hù)
備注：70
信息技術(shù)安全評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)（Information Technology Security）
Information Technology Security Evaluation Criteria （ITSEC） 
歐洲多國(guó)安全評(píng)價(jià)方法的綜合產(chǎn)物，軍用，政府用和商用。
以超越TCSEC為目的，將安全概念分為功能與功能評(píng)估兩部分。
首次提出了信息安全的保密性、完整性、可用性的概念
評(píng)估對(duì)象TOE(Target of Evaluation )
產(chǎn)品和系統(tǒng)
安全性目標(biāo)security target
安全增強(qiáng)機(jī)制
安全策略

網(wǎng)友評(píng)論 more

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