操作系统安全

第九章操作系统安全操作系统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349.1.1操作系统的安全需求计算机信息系统安全性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。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；569.1.2系统安全的评估与标准计算机信息系统（computerinformationsystem）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（trustedcomputingbase）计算机系统内保护装置的总体，包括硬件、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（sensitivitylabel）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(securitypolicy)系统资源使用和管理的安全规定和约定；系统安全的评估与标准TCSEC：TrustedComputerSystemEvaluationCriteria标准是计算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GB17859－1999：《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（PortableOperatingSystemInterfaceforComputerEnvironment））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口（SecurityAPIs）。71.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系统安全的评估与标准9不分等级，无口令和权限控制，MSDOS主体自主决定的安全保护，UNIX/WINDOWSD级C1级C2级B1级B2级B3级A级C1+访问控制，广泛审核，Linux/WINDOWSNT标记安全保护，如SystemV等结构化内容保护，正式安全策略模型，MULTICS安全内核，高抗渗透能力，TrustedMach形式化校验级保护，SNS9.1.3Unix/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。10Unix/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。119.2操作系统安全机制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129.2.1标识与鉴别用户标识（useridentification）——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lp13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。149.2.2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。1516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？9.2.3最小特权管理最小特权管理系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。179.2.4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、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181.自主访问控制（DiscretionaryAccessControl）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。192.强制访问控制（MandatoryAccessControl）访问控制方法每个主体和每个客体都有既定安全属性，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。20BLP多级强制访问控制策略两个重要的安全特性（公理）SimpleSecurityCondition：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，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(StarProperty)：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，219.2.5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（CovertStorageChannel）隐蔽时间通道（CovertTimingChannel）相关研究搜索：静态或动态计算带宽消除、减低带宽22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1.发送和接收进程必须能够对同一存储单元具有存取能力；2.发送进程必须能够改变共享存储单元内容；3.接收进程必须能够探测共享存储单元内容的改变；4.必须有对通信初始化和发送与接收进程同步的机制；23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1.发送和接收进程必须能够对同一广义存储单元具有存取能力；2.发送和接收进程必须具有时间参照物；3.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；4.必须有对通信初始化和发送与接收进程同步的机制；249.2.6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。25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。2627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9.3.1访问监视器（ReferenceMonitor）28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）29安全体系结构——GFAC通用访问控制框架30安全体系结构——Flask结构31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SystemV/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（SecurityPolicy）典型的是RSBAC和SELi