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虚拟仪器网络化测控系统可信分析及增强方法研究

徐钦桂  
【摘要】:可信增强技术是提高测控系统正确工作可信度重要手段,论文选题具有重要学术价值及实际意义。研究工作得到教育部新世纪优秀人才支持计划项目、广东省高层次人才项目和广东省科技攻关重点项目资助。 从VINMCS完整性验证与增强、VINMCS身份认证与访问控制以及VINMCS可信评价等方面讨论与课题相关研究领域的国内外进展,提出开展VINMCS可信分析与增强技术研究的方向及内容。论文主要工作包括: 分析VINMCS系统构架与可信建模方法,提出一种可信VINMCS系统构架,按照VINMCS系统可信目标,将可信设计纳入系统建模,建立可信威胁形式化收益模型,获知可通过降低利用系统漏洞成功操控VINMCS测控结果概率λ、降低漏洞严重程度θ、提高威胁行为检出率δ和增大威胁惩罚力度ρ等途径提高VINMCS可信度。基于可信评价规范,提出综合由形式化证明、设计评审和可信测试采集的可信证据,获得功能特性评价值、进而计算可信技术评价值和VINMCS可信指标值的方法,对不同可信评价目标具有更好适用性。 基于现场节点完整性增强与验证机理研究,提出随机化不变属性集完整性验证方案。由应用服务器随机选择少量不变属性参与融合,产生随机变化完整性表征值,防范重放、猜测、查表构造虚假值行为,减轻部署节点密钥、保护密钥机密性负担;提出基于SHA-1改进现场节点完整性表征值融合算法,通过增强初始值随机性与交叉双管道迭代结构,算法置乱数均值从80.3583下降到80.0107,比SHA-1算法更接近理想值80,更好抗击利用冲突前缀构造冲突明文攻击行为;将信任链传递、API Hook机制、扩展可信平台模块ETPM等技术应用于测控应用服务器软件完整性增强、完整性验证与升级过程完整性保护,可对运行于非可信环境下VINMCS实施完整性监控。 探索VINMCS身份认证与访问控制技术,设计VINMCS身份认证与访问控制系统框架,提出一种基于双密值USBKey身份认证方案,由nT位长时间标记T1、身份凭证V1融合而成的身份认证请求消息,产生随机化、时鲜化用户身份凭证,使双密值USBKey破解概率仅为基于PKI方案的1/2nT,安全性达到基于硬件载体双要素身份认证强度;提出支持基于属性分级保护访问控制增强方法,使关键模块、数据信息获得强度更高的访问保护,满足JJF1182-2007规范的软件保护的要求,由权限审查带来的时间开销仅为1.5%~3.5%。 研究VINMCS可信评价方法与评价框架,将可信评价过程划分为可信证据收集、可信证据量化、可信评价值聚合三个环节;研究基于多来源可信证据采集与量化方法,与传统基于单一可信证据来源方法相比,该方法更加全面反映系统可信设计技术强度、抗威胁攻击能力与系统正常工作时可信状态;研究基于抽象运算符VINMCS可信度模糊综合算法,推导基于抽象运算符、矩阵运算模糊聚合公式,能够动态调整因素可信度分布对,满足多种可信评测需要。 开展可信VINMCS应用实验与分析。研究物联网环境空气质量监测平台的可信增强方法与可信评价操作试验,现场节点终端收集监测设备及自身不变属性值,产生动态变化、具有时鲜性完整性证据,综合服务平台实施现场节点终端PKI认证、基于USBKey的PKI用户身份认证,增强现场节点、用户身份可信度;设计基于可信安全芯片的防篡改存储终端设备,增强对关键数据安全保护能力。研制一种基于USB接口计量监控支持装置,以MCU模块为核心设计装置硬件结构,设置专用硬件加密模块,提高加密、解密、签名、签名验证效率,实现基于PKI双向身份认证协议,满足测试、校准机构对虚拟仪器计量需要。


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