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1、第九章 操作系统安全,操作系统,褐思牵畏婶莲否咳戴汾相赎澡融祸酬教南犬伎庙纹始纵裸贪锈迂喻款拉珍16-操作系统安全16-操作系统安全,2,主要内容,操作系统安全性基本概念操作系统主要安全机制安全操作系统设计与实现,休五锦悬闰迭院篡哮底扶周器茹挝粤窑牵墓街早弃器僳虚毕琢啮谁渡华脯16-操作系统安全16-操作系统安全,9.1 操作系统的安全性,操作系统的安全需求系统安全的评估与标准Unix/Linux操作系统安全Windows 2000操作系统安全,3,株大栓匆侵怂舰厕裹誉燎拘泥灸傣红攀诅徐斟恃陨帅七蚕房傅试临劲啼泪16-操作系统安全16-操作系统安全,4,9.1.1 操作系统的安全需求,计算机信
2、息系统安全性保密性。安全保密是指防止信息的非授权修改，这也是信息安全最重要的要求。完整性。完整性要求信息在存储或传输过程中保持不被修改、破坏和丢失。可靠性。可靠性是指系统提供信息的可信赖程度。可用性。可用性是指当需要时是否能存取所需信息，保护信息的可用性的任务就是防止信息失效或变得不可存取。操作系统安全的目标为用户信息处理提供安全的软件环境，为应用程序运行提供安全可靠的运行环境。,或增昂咽卑进镊兴瘁稼铁染嗡镜流谤车殿遁熟舒护渔毙霄婴理至嘿抵在撰16-操作系统安全16-操作系统安全,操作系统的安全需求,系统边界安全认证和鉴别禁止非法用户进入系统;系统使用权限管理机制不同用户配置不同的权限，每个用
3、户只拥有他能够工作的最小权利；应用和数据的访问控制机制用户只能按照指定的访问控制安全策略访问数据；为系统用户提供可信通路保证系统登陆和应用层提供的安全机制不被旁路；系统操作的安全审计和管理检查错误发生的原因，或者受到攻击时攻击者留下的痕迹；,5,赌鸭晓煌毙拯手溃礼烈秉呕红圃抹鹰捅友早完热磅引蒜番顶吠巢言饼羚助16-操作系统安全16-操作系统安全,6,9.1.2 系统安全的评估与标准,计算机信息系统（computer information system）由计算机及其相关的和配套的设备、设施(含网络)构成；可信计算基（trusted computing base）计算机系统内保护装置的总体，包括
4、硬件、固件、软件和负责执行安全策略的组合体。主体（subject）即主动实体，导致信息在系统中流动及改变系统状态的用户或进程等；客体(object)能包含或接受信息的被动实体，如文件、内存块等；敏感标记（sensitivity label）表示客体安全级别并描述客体数据敏感性的一组信息；安全策略(security policy)系统资源使用和管理的安全规定和约定；,弱瓜琐催缔咱州篮瘩九震液斥事替津隶畸筒昂跋砸铺复佃邑孔遍丙傈圭峙16-操作系统安全16-操作系统安全,系统安全的评估与标准,TCSEC：Trusted Computer System Evaluation Criteria标准是计算
5、机系统安全评估的第一个正式标准，具有划时代的意义。1970年由美国国防科学委员会提出，并于1985年12月由美国国防部公布。国标GB178591999：计算机信息系统安全保护等级划分准则该准则参照TCSEC标准规定了计算机信息系统安全保护能力的五个等级。用户自主保护级，系统审计保护级，安全标记保护级，结构化保护级，访问验证保护级POSIX.1e（Portable Operating System Interface for Computer Environ-ment）POSIX.1e是POSIX系列标准的一部分。它定义了POSIX.1规范的安全扩展部分；POSIX.1e只规定了安全特性的函数接
6、口（Security APIs）。,7,讥恩咎砒雪可绽誊锰国予埋把噪膝备乓剐患堰锅谓纲雁归藐摹脑蔷燥沛蛾16-操作系统安全16-操作系统安全,1.TCSEC-共分A、B、C、D四类八个级别,D:非安全保护 C:自主保护级 C1:允许客体拥有者决定该客体的访问控制权，是否可以被其他主体访问；C2:自主访问控制更加细致。考虑客体重用和系统审计；B:强制安全B1:标记安全保护，标记和强制访问控制；B2:结构安全保护，强制访问控制的范围扩大到所有的系统资源，给出证明，要求考虑隐蔽信道（存储），并计算出带宽。B3:安全区域保护，TCB不包含与安全无关的代码，并足够小到可以被测试、分析、证明，系统具有恢复
7、能力。A:验证安全保护A1:验证设计级，设计可以被形式化的证明；A2:验证实现级保护，实现可以被形式化的证明。,8,箔悠吹匠日铁鞍嗜舜脾聘陀编拯俊迪吸龚躺龋澜尔辉徘释犊樊轨缆旧荒腺16-操作系统安全16-操作系统安全,系统安全的评估与标准,9,恋罚宰谈纫枪抽和狄槛鸯架褪肆脖庭恼脓狙猫析剔泣蛙歹昏搀诬栽晃悦飞16-操作系统安全16-操作系统安全,9.1.3 Unix/Linux操作系统安全机制,用户标识和身份鉴别每个用户一个唯一的标识符(UID);系统给每个用户组也分配有一个唯一的标识符(GID);登录需要密码口令；基于保护位的自主访问控制安全机制用户：owner/group/other）访问权
8、限：read/write/executable。日志信息包括：连接时间日志、进程统计和错误日志。,10,嫌窝共篡狈而侈抽踏拱育棕絮俄浮杜突英复亏线填填品卵悟储烹怒塘凹坤16-操作系统安全16-操作系统安全,Unix/Linux操作系统安全弱点,用户数据保护机制并不能保证严格安全要求；超级用户成为系统安全瓶颈；缺乏必要的系统审计机制；用户认证方面的要求不够严格；系统自身的完整性保护问题，一旦加载恶意的核心模块，整个系统可能完全被非法控制。,11,查鸽夕菩衫康喊札谨姐菇恒通篓磨酉横矽辱氯趾鸽煽拍逛癌这需南测俏柏16-操作系统安全16-操作系统安全,9.1.4 Windows 2000操作系统安全,
9、活动目录分布式对象存储和管理的目录服务；每个对象，都有唯一的安全描述符，定义了读取或更新对象属性所必需的访问权限。身份验证交互式登录/网络身份验证（Kerberos V5、公钥证书和NTLM、智能卡登录等）访问控制安全主体包括用户，组和服务。客体包括：文件，文件夹、打印机、注册表键、活动目录项。,12,留肿利咀馒望惩城弄殃膘胖誉连惕淹很剧菌趾缴散诊胜垒滴啥袍脚糖鸥逾16-操作系统安全16-操作系统安全,13,主要内容,操作系统安全性基本概念操作系统主要安全机制安全操作系统设计与实现,澈趟纯辟抵鳞兑趣狡苔攘绚冲傈乖桐气赃档冤仍涧削骂梧抄蓬崇吝灸咋矩16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2 操
10、作系统安全机制,标识和鉴别可信路径管理禁止客体重用最小特权管理访问控制技术隐蔽信道检测与控制安全审计,14,牙卜曲荧纶璃伴贡蛔钢纶佩冶雇以对风顾汛鬼宵戍俊瓦莱陈译荡狭咳倘瑚16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.1 标识与鉴别,用户标识（user identification）信息系统用以标识用户的一个独特符号或字符串;鉴别（authentication）验证用户，设备，进程和实体的身份；Unix/Linux实现了基本的标识和鉴别机制。一般系统中有三类用户：超级用户,普通用户和系统用户。超级用户：root普通用户是指那些能够登录系统的用户系统用于特定的系统目的。例如用户nobody和lp
11、,15,刘痈烹涧脚衔遮攫琳厕另似龋市鸯陈替梦敌帝遥疤宗翰仔庄举密肺尚殿褂16-操作系统安全16-操作系统安全,标识与鉴别,UID和GID通常是唯一的，不同的用户拥有不同的UID，不同的用户组拥有不同的GID;用户登录到系统时，须输入用户名标识其身份;用户属性的信息主要存储在/etc/passwd 和/etc/shadow 系统文件中;系统会分配好用户目录。这块空间与系统区域和其他用户的区域分割开来。,16,皇洗打跳郎锨蟹魁瓮募轩转厚卉虞氓咸墩谣铂效网效漾齿娃贱吐锣止迁碴16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.2 可信路径管理,任何进入系统都需要进行用户认证，同时进行相应的用户鉴别；可信路
12、径该路径上的通信只能由该用户初始化。实现可信路径能够准确辨认出用户登录的意图；提供无法冒充的用户界面；在用户认证和鉴别过程中，限制无关进程的活动；保证通信路径上的可靠性。,17,甄闪诧翠琅面甫徊崩哦燥惋晚床踌佩苞爪廖痈泞滚漫灯胯垢蓬营半裙网荣16-操作系统安全16-操作系统安全,18,禁止客体重用,含义一个主体在释放资源时，一定要清除上面的信息。思考WINDOWS/LINUX内存释放后内容被清空了吗？WINDOWS/LINUX文件删除后硬盘上没有了吗？,溢谈捕驮录腆穷惧抒欣萍烦掺厕役呢垒插货蒋搬细逮牟留牵导闭蒲凡丢孙16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.3 最小特权管理,最小特权管理系
13、统不应给予用户超过执行任务所需特权以外的特权。实现将超级用户的特权划分为一组细粒度的特权，使得各种操作员或者管理员只具有完成其任务所必需的特权。一般系统的三种管理角色安全管理员，审计管理员，系统管理员。,19,潍铭诬麻哭俭涅厂矿更跋芦刃惰坍昨胞谩恼离令赏职糙莲屑鱼泻擅礁骡卜16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.4 访问控制技术,访问控制功能管理所有资源访问请求，即根据安全策略的要求，对每个资源访问请求作出是否许可的判断；主要访问控制策略最小权益策略：按主体执行任务所需权利最小化分配权利。最小泄漏策略：按主题执行任务时所知道的信息最小化原则分配权利。多级安全策略：主体和客体按普通、秘密、
14、机密、绝密等级别划分，进行权限控制。主要访问控制技术自主访问控制，强制访问控制,20,势以篓祈氯懦瑶凳抡假解苯荡警赴芥吻凶恍德掐阉囤垒辊硝舅渣局抗糖燃16-操作系统安全16-操作系统安全,自主访问控制（Discretionary Access Control）,访问控制方法它由资源拥有者分配访问权，在辨别各用户的基础上实现访问控制。实现方式基于行的DAC：这种方法在每个主体上都附加一个该主体可访问的客体的明细表；基于列的DAC：在客体上附加了一个主体明细表 来表示访问控制矩阵的列；弱点权限管理比较分散，安全性差，不能抵御特洛伊木马的攻击。,21,稠朗氛耳利绷易涤箱越臼究娘镐大莎吭玖俘逻宛缕勒搓
15、榴摸媒暂陋章缴言16-操作系统安全16-操作系统安全,自主访问控制缺陷举例,SOS 重要信息放在important文件中，权限为只有自己可以读写。SPY 设计一个有用的程序Use_it_Please，除了有用的部分，还有一个木马，同时准备好一个文件Pocket，将其权限设置为:SOS:W,SPY:RW当SOS运行木马程序时 木马会将important文件的信息，写入Pocket中。,22,减志胳诫汗埔蛀扎躺桓枯狮射萤勃季左承庆栖尼投团讼伏肾蒂多贵宋怨童16-操作系统安全16-操作系统安全,2.强制访问控制（Mandatory Access Control）,访问控制方法每个主体和每个客体都有既
16、定安全属性，是否能执行特定的操作取决于二者之间的关系。实现方式由特定用户（管理员）实现授权管理；通常指TCSEC的多级安全策略：安全属性用二元组表示，记作（密集，类别集合），密集表示机密程度，类别集合表示部门或组织的集合。弱点应用的领域比较窄，使用不灵活，一般只用于军方等具有明显等级观念的行业或领域，完整性方面控制不够。,23,辗扭忧决疫外允椒逼渊虑放锨讳川坦重幌演汝儒餐宜坞攀列巨擞帛和缔详16-操作系统安全16-操作系统安全,BLP多级强制访问控制策略,两个重要的安全特性（公理）Simple Security Condition：主体读客体，当且仅当用户的安全等级必须大于或等于该信息的安全级
17、，并且该用户必须具有包含该信息所有访问类别的类别集合；*-Property(Star Property)：一个主体/用户要写一个客体，当且仅当用户的安全等级不大于该客体安全等级，并且该客体包含该用户的所有类别。安全特性保证了信息的单向流动，即信息只能向高安全属性的方向流动，,24,胀涂娥颗犀骆俱目上丰傻约澡菱慨墅蘸牌淌舍拨潭氟仿渗衍陋典扑琅泪拜16-操作系统安全16-操作系统安全,强制访问控制防止木马举例,SOS赋予High安全级；important文件安全级highSPY赋予low安全级；pocket文件安全级low当运行木马程序时木马程序获得High安全级，可以读important文件；当
18、向Pocket文件进行写操作时会被拒绝，因为Pocket文件的安全级别低于木马程序的安全级别，所以不允许进行写操作。,25,滦熄番瘸蚁芍泥贷千菜迹灭奠懈备郝钵梧丢沸价淆轮铬教辛仍妓谤彰济囤16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.5 隐蔽信道检测与控制,定义“在强制式访问控制下，主体间以违背安全策略的形式传递信息的通信信道”。分类隐蔽存储通道（Covert Storage Channel）隐蔽时间通道（Covert Timing Channel）相关研究搜索：静态或动态计算带宽消除、减低带宽,26,负氖陨贤诱碘寡菊趋灾流托途实俄跟掳未查遵世娄儡感婆闻沦芳拧速县建16-操作系统安全16-操作
19、系统安全,隐蔽信道检测与控制,隐蔽存储通道存在场景信息发送者直接或间接地修改某存储单元，信息接收者直接或间接地读取该存储单元。其产生的必要条件有以下四条发送和接收进程必须能够对同一存储单元具有存取能力；发送进程必须能够改变共享存储单元内容；接收进程必须能够探测共享存储单元内容的改变；必须有对通信初始化和发送与接收进程同步的机制；,27,静龚伪念轧元锣倡串设鳖民资圣称掸澳潭楷纹愈绿栓疡宰密罩币伺郴锰我16-操作系统安全16-操作系统安全,隐蔽信道检测与控制,时间隐蔽信道的存在场景信息发送者依据机密信息有规律地调节它对系统资源的使用，信息接收者通过观察系统来推断信息。产生的必要条件有以下四条发送和
20、接收进程必须能够对同一广义存储单元具有存取能力；发送和接收进程必须具有时间参照物；接收进程必须能够探测到发送进程对广义存储单元内容的改变；必须有对通信初始化和发送与接收进程同步的机制；,28,绎畅煮烃糠药兢饿身迪韵凳奖泞蓖陨幅邱租婴椅广塌掇覆舌焦让梯侮姐主16-操作系统安全16-操作系统安全,9.2.6 安全审计（auditing）,功能要求是一种通过事后追查增强系统安全性的安全技术；对涉及系统安全的操作做完整记录，并对这些记录进行必要的分析。审计处理记录系统中主体对受保护的客体的违规访问情况；系统中主体对某些特定客体的违规访问情况。审计机制在系统调用的总入口处设置审计点，审计系统调用，也就审
21、计了所有使用内核服务的事件。要选择最主要的事件加以审计，不能设置太多的审计事件，以免过多影响系统性能。,29,绞尤辆增摘壬荷湍绑橡械殆降盗知税目竟茬个烘投刹椿幽翁袁倡晋扯吨诊16-操作系统安全16-操作系统安全,安全审计,Linux系统的审计连接时间日志login等程序更新wtmp和utmp文件，使系统管理员能够跟踪谁在何时登录到系统。进程统计由系统内核执行。当一个进程终止时，为每个进程往进程统计文件（pacct或acct）中写一个记录。错误日志各种系统守护进程、用户程序和内核通过syslog向文件/var/log/messages报告值得注意的事件。,30,刻曾蚕脊鼠屁麦籍瞅仑蕉浩垢垣数豌绪
22、驯怀钙残校脾商生到蠢陌秆隧瞥揉16-操作系统安全16-操作系统安全,31,主要内容,操作系统安全性基本概念操作系统主要安全机制安全操作系统设计与实现,凋赫爆姻丧捻恋训忍裸沂峭肋骤们羊迎余惟酪车师嗅妄饰斧亡锈浑蹬丢婪16-操作系统安全16-操作系统安全,9.3.1访问监视器（Reference Monitor）,32,主体,审计数据库,引用监视器,客体,访问控制数据库安全策略,访问监视器是一种负责实施安全策略的软件和硬件的结合体 访问监视器只是一个理论上的概念，并没有一种实用的实现方法。一般人们把访问监视器的概念和安全内核和可信软件等同起来。,9.3 安全操作系统设计与实现,皋约桨卵冰绍嫌输札尝
23、蜂谍汲利眨军腥寻问市搬碴徊枣瞪掳芭毙镍篆涡洽16-操作系统安全16-操作系统安全,9.3.2 安全策略与安全模型,常用安全策略自主存取控制策略强制存取控制（BLP）策略BIBA策略中国墙策略常用安全模型有限状态机模型访问控制矩阵基于角色的访问控制模型（RBAC）,33,寝忻涛胀截淄陕汰贿蜒瞥秩究曙卵脱处港居陛摸亚坑爷柜药帅履似芭勋邦16-操作系统安全16-操作系统安全,安全体系结构GFAC通用访问控制框架,34,椅孔胆午杀闭驹憋滦荣兽靴阮整泡忻住砌导爱唱孪滨爱景湛那冻闪捉鹅羹16-操作系统安全16-操作系统安全,安全体系结构Flask结构,35,具坡赚税锰脑妨般须敲绦抑衙红坚缀犹得嫁捣瞄啸咱凹
24、胶拿葛获玄能音鸯16-操作系统安全16-操作系统安全,典型安全操作系统分析,在TCSEC促进下研制了多种具有B1级别以上的安全操作系统产品IBM的安全Xenix、Bell实验室的System V/MLS、加拿大多伦多大学的安全TUNIS等早期的安全操作系统基本上是按照TCSEC中的要求为蓝本研制根据单一的整体安全策略对系统进行访问控制和防护。现代安全操作系统中已逐步实现了多种安全策略（Security Policy）典型的是RSBAC和SELinux安全操作系统。,36,露叔篙刊陕御隧实军楼奋播芳瓶笛抠闸青趾斥恿恬至服浇呼漓蕊顿碰肠爆16-操作系统安全16-操作系统安全,RSBAC,RSBAC
25、是基于GFAC提出的安全操作系统原型,37,只稗过憨娱娥源仇凑钻瓜番梨穆滩阮假余揭瘟脖拜申怔拟醒渤油呆何迈锯16-操作系统安全16-操作系统安全,SELinux,SELinux采用Flask框架作为它的安全体系结构SELinux核心级的安全增强主要表现在三个方面实现了功能强大的安全服务器ESS（Example Security Server）按照Flask体系框架的要求，把Linux内核中的相应子系统，包括文件管理、进程管理、Socket控制等，改造成独立的客体管理器客体管理器中实现了访问向量缓存AVC（Access Vector Caching）提高了效率。实现了安全工具层提供一个与安全服务器相配套的安全策略配置语言和相应配置工具,38,独木记呢限惜糜蜜兄眩咯维倘鞘夯爷芯媒黑色返颓漓子寇术擦姬破囚学夹16-操作系统安全16-操作系统安全,39,谢谢,羡罕辈境斟寻玖琐痢陛赛惩叭宛扮猾佣伸祈拇禾拙漠痰提令编禹抨盾卵繁16-操作系统安全16-操作系统安全,
