操作系统强制访问控制关键技术研究

强制访问控制能有效地防止用户有意或无意地破坏系统的安全，能够有效地防止病毒和木马以用户的身份破坏系统的安全，是高安全需求操作系统的主要防护手段。业界对操作系统强制访问控制研究起步很早。然而，面对日新月异的应用场景，面对计算机系统及操作系统自身相关技术的迅猛发展，已有的针对操作系统强制访问控制的研究工作不足以兼顾安全性、可用性和灵活性。以上不足集中体现在：1) 当前广泛使用的强制访问控制机制从设计上难以同时满足实用系统对安全性和可用性的要求；2) 强制访问控制的设计缺乏对操作系统所处分布式、网络化环境的考虑；3) 操作系统强制访问控制研发保障技术需要进一步研究。 针对这些问题，本论文从强制访问控制的设计和保障出发，对操作系统强制访问控制关键技术展开研究，并取得了以下几个方面的成果： 第一：强制访问控制格策略模型机制简洁，安全性易验证，在安全操作系统和安全增强操作系统上应用广泛。然而严格地实施格策略会带来可用性的问题。本文针对机密性和完整性强制访问控制格策略模型，分别给出了可监控客体框架和Clark-Wilson可信主体特权状态跃迁监控框架。这些框架具有细的刻画粒度，好的扩展性和简洁性，我们对这些框架给出了数学描述，并对带Clark-Wilson可信主体特权状态跃迁监控框架的完整性格模型给出了理论证明； 第二：针对分布式应用环境，提出了基于可信计算技术和域型实施（Domain and Type Enforcement: DTE）策略的操作系统分布式强制访问控制方案。我们从理论上证明了策略的安全性。相比国内外同类工作，该方案具有细的访问控制粒度，在系统验证的简洁性和部署的灵活性方面是最好的； 第三：实施强制访问控制的中高等级安全操作系统的安全性需要利用形式化方法的严密性进行保证。本文按照TCSEC B2级别的要求，利用Z/EVES形式化工具对SECIMOS安全操作系统进行了形式化保障：给出了安全模型的形式化规范，给出了安全不变量和安全定理，证明了安全定理，描述了形式化安全模型与顶层设计的一致性； 第四：操作系统强制访问控制框架是强制访问控制机制在操作系统上实现的基础。本文提出了针对操作系统强制访问控制框架的自动测试用例生成方案。该方案利用编译器辅助审计代码插入，约束求解器辅助置乱参数生成，测试用例精简等技术为FreeBSD MAC框架生成了一套有效的回归测试用例套件。同时也为基于FreeBSD MAC框架的NFSARK系列安全操作系统提供了坚实的实施基础。 本文的研究成果向圆满解决当前国内操作系统强制访问控制的设计、实施和保障中遇到的问题的目标迈出了坚实的一步。