操作系统安全机制

Windows系统安全机制1.前言多年来，黑客对计算机信息系统的攻击一直没有停止过，其手段也越来越高明，从最初的猜测用户口令、利用计算机软件缺陷，发展到现在的通过操作系统源代码分析操作系统漏洞。

同时网络的普及使得攻击工具和代码更容易被一般用户获得，这无疑给Windows 系统安全带来了更大的挑战。

解决Windows 系统安全问题，任重而道远。

2.Windows XP安全机制。

Windows XP采用Windows 2000/NT的内核，在用户管理上非常安全。

凡是增加的用户都可以在登录的时候看到，不像Windows 2000那样，被黑客增加了一个管理员组的用户都发现不了。

使用NTFS文件系统可以通过设置文件夹的安全选项来限制用户对文件夹的访问，如当某普通用户访问另一个用户的文档时会提出警告。

你还可以对某个文件(或者文件夹)启用审核功能，将用户对该文件(或者文件夹)的访问情况记录到安全日志文件里去，进一步加强对文件操作的监督。

Windows XP中的软件限制策略提供了一种隔离或防范那些不受信任且具有潜在危害性代码的透明方式，保护您免受通过电子邮件和Internet传播的各种病毒、特洛伊木马程序及蠕虫程序所造成的侵害。

这些策略允许您选择在系统上管理软件的方式：软件既可以被“严格管理”(可以决定何时、何地、以何种方式执行代码)，也可以“不加管理”(禁止运行特定代码)。

软件限制策略能够保护系统免受那些受感染电子邮件附件的攻击。

这些附件包括存储在临时文件夹中的文件附件以及嵌入式对象与脚本。

同时，它还将保护您免受那些启动Internet Explorer或其它应用程序，并下载带有不受信任嵌入式脚本的Web页面的URL/UNC链接所造成的攻击。

在Windows 2000中，微软就采用了基于公共密钥加密技术的加密文件系统(EFS)。

在Windows XP中，对加密文件系统做了进一步改进，使其能够让多个用户同时访问加密的文档。

操作系统中的多核设备安全与保护机制随着计算机技术的飞速发展，多核处理器在现代计算机系统中得到了广泛应用，以提供更高的计算能力和系统性能。

然而，多核设备的安全性和保护机制也成为操作系统设计的重要问题。

本文将探讨操作系统中多核设备的安全与保护机制，并介绍一些相关的解决方案。

一、多核设备的安全性问题多核设备指的是在一颗芯片或处理器上集成了多个处理核心，可以同时进行多个任务。

然而，由于多核设备的特殊性，存在一些安全性问题需要重视。

1.1 物理安全性问题多核设备通常采用共享内存的方式进行通信，这就意味着不同核心之间可以直接访问共享内存，从而可能导致信息泄露和非授权访问等问题。

1.2 虚拟化安全性问题在虚拟化环境下，多个虚拟机可能共享同一物理设备的多核资源，这就需要操作系统实现有效的隔离和保护机制，以避免不同虚拟机之间的相互干扰和资源竞争。

1.3 异步并发问题多核设备的并行运算能力带来了更高效的计算，但也引发了一些异步并发问题，比如数据竞争和死锁等，这些问题可能导致系统崩溃或者数据破坏等后果。

二、多核设备的保护机制为了解决多核设备的安全性问题，操作系统需要采取一系列的保护机制，以确保核心间的隔离和资源冲突的有效管理。

2.1 内存管理单元（MMU）内存管理单元是保证多核设备物理内存访问安全的重要组成部分。

通过实现虚拟内存映射和页面置换等机制，MMU可以将不同核心的虚拟内存地址映射到不同的物理内存地址，从而实现隔离和保护。

2.2 锁机制在多核设备的并发环境下，锁机制是一种常用的保护机制。

通过对共享资源的加锁和解锁操作，可以确保不同核心之间的互斥访问，避免数据竞争和冲突。

2.3 中断和异常处理中断和异常处理是操作系统保护多核设备的重要手段。

当系统出现错误、非法操作或外部信号时，中断和异常机制可以将CPU切换到相应的异常处理程序，以避免系统崩溃或数据损坏。

2.4 虚拟化技术虚拟化技术可以实现多个虚拟机之间的资源隔离和管理。

Android操作系统的安全机制Android操作系统的安全机制Android是一个开源的移动平台操作系统，占据中国智能手机80%市场份额，主要用于便携式设备。

作为一个运行于实际应用环境中的终端操作系统，Android操作系统在其体系结构设计和功能模块设计上就将系统的安全性考虑之中。

与此同时，它又改造开发了原有的Linux系统内核和Java虚拟机。

在这种前提下，Android操作系统在利用系统安全机制方面就会与原系统安全机制的设计目的有所不同。

由于Android 平台的开放和脆弱性，开发其上的隐私保护系统显得非常重要，其面临的安全威胁在所有手机操作系统中也是最大的。

1 Android 安全机制Android的安全机制是在Linux安全机制基础上的发展和创新，是传统的Linux安全机制和Android特有的安全机制的共同发展。

Android安全机制中的主要出发点是，在默认的情况下，应用程序任何能够给用户、系统或者其他应用程序带来负面影响的操作是不可以执行的。

Android是一个支持多任务的系统，其安全机制依托于数字签名和权限，系统中的应用程序之间一般是不可以互相访问的，每一个应用程序都有独立的进程空间。

1.1用户IDAndroid系统是基于Linux内核的，对应用程序文件和系统文件的访问都要遵循Linux的许可机制，并将这种机制用于管理应用程序。

在Android应用程序安装成功后，系统就为其指定了一个唯一的用户名，对应着系统中唯一的UID，每个用户可以属于一个或者多个组。

如果在应用程序执行期间有越轨或超越权限操作的行为时，用户将会得到Android 的警告信息。

1.2应用程序数字签名数字签名是过某种密码运算生成一系列符号及代码组成电子密码进行签名，来代替书写签名或印章。

签名的'主要作用是身份认证、完整性验证和建立信任关系。

Android系统不会安装没有进行签名的应用程序，所有应用程序进行签名认证是必须的，但签名认证是第三方证书认证机构可以不参与的。

操作系统安全课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解操作系统的基本安全原理，掌握操作系统安全的核心概念。

2. 学习操作系统安全机制，包括身份认证、访问控制、加密和审计等。

3. 了解常见操作系统漏洞及攻击手段，掌握安全防护策略。

技能目标：1. 能够分析操作系统安全配置，提出有效的安全优化建议。

2. 学会运用操作系统安全工具进行安全检查和加固。

3. 掌握基本的安全编程技巧，避免编写带有安全风险的代码。

情感态度价值观目标：1. 培养学生的信息安全意识，认识到操作系统安全的重要性。

2. 激发学生对计算机安全的兴趣，引导他们关注网络安全领域的最新发展。

3. 培养学生的团队协作精神和责任感，使他们能够在实际工作中发挥积极作用。

针对课程性质、学生特点和教学要求，本课程将目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能够列举并解释操作系统安全的核心概念。

2. 学生能够分析操作系统漏洞，并提出相应的安全防护措施。

3. 学生能够独立完成操作系统安全配置和加固任务，提高系统安全性。

4. 学生能够关注网络安全领域的发展，了解最新的操作系统安全技术和趋势。

5. 学生能够在团队项目中发挥积极作用，共同提高操作系统安全水平。

二、教学内容1. 操作系统安全概述- 了解操作系统的基本概念、发展历程和常见类型。

- 掌握操作系统安全的重要性及安全风险。

2. 操作系统安全机制- 学习身份认证、访问控制、加密和审计等核心安全机制。

- 分析各类安全机制的原理和作用。

3. 常见操作系统漏洞与攻击手段- 列举常见的操作系统漏洞，如缓冲区溢出、权限提升等。

- 了解攻击手段，如病毒、木马、拒绝服务和网络攻击等。

4. 安全防护策略与工具- 学习操作系统安全防护策略，如最小权限原则、安全配置等。

- 了解并运用操作系统安全工具，如防火墙、入侵检测系统等。

5. 安全编程与最佳实践- 掌握安全编程技巧，避免编写带有安全风险的代码。

- 学习操作系统安全最佳实践，提高安全意识和能力。

第四章操作系统安全机制董理君计算机学院信息安全系LOGO基本概念4.1.1 安全功能与安全保证安全功能：操作系统所实现的安全策略和安全机制符合评价准则的哪级功能要求安全保证：通过一定的方法保证操作系统提供的安全功能确实达到了确定的功能要求4.1.2 可信软件与不可信软件可信软件:能安全运行，但是系统安全依赖于对软件的无错操作良性软件:不确保安全运行，但是不会有意违反规则，即使偶然发生错误也不会影响系统的正常运行恶意软件:软件来源不明，认为有可能对系统进行破坏4.1.3 主体与客体最原始的主体是用户最终的客体是数据最终的安全机制就是用户和数据之间的安全关系基本概念4.2.1 操作系统安全机制所关注的问题物理上分离时间上分离逻辑上分离密码上分离4.2.2 操作系统的安全目标标识系统中的用户并进行身份鉴别依据安全策略对用户进行访问控制监督系统运行的安全性保证系统自身的安全性和完整性具体的实施包括硬件安全机制、标识与鉴别、访问控制、最小特权管理、可信通路、隐蔽通道和安全审计等基本概念硬件安全机制目标：保证其自身的可靠性和为系统提供基本安全。

两种基本的安全机制：存储保护和运行保护4.3.1 存储保护目的：有效利用存储空间，防止用户程序对OS的影响，对并发的进程存储区实行相互隔离存储保护是安全操作系统最基本的要求 保护单元越小，则存储保护精度越高存储保护虚地址空间在进程地址空间中，以虚地址进行管理，在实际调度时，映射到物理地址段虚地址空间一般分成两个段：用户段和系统段，实现隔离内存管理的访问控制基于描述符的地址解释机制在地址解释时，系统给进程分配地址描述符，指明该进程以段为基本单位对内存的具体访问控制信息，包括WRX(WRE)三种访问方式4.3.2 运行保护运行域是基于保护环的分层等级式结构，内层环特权高，外层环特权低内层环不被外层环侵入，并能够有效控制和利用外层环将操作系统划分为多层次，相互隔离，安全性高4.3.3 可信硬件可信硬件基于独立CPU和存储器的芯片，能保证其独立性和安全性。

操作系统的安全机制主要包括以下几个方面：
1. 身份验证机制：用于确认用户身份，并确保只有经过授权的用户才能访问系统资源。

2. 访问控制机制：用于限制用户对系统的访问权限，确保系统资源只能被授权用户访问和使用。

3. 数据加密机制：用于保护敏感数据不被未经授权的第三方获取和篡改。

4. 安全日志机制：用于记录系统安全事件，以便进行安全审计和故障排除。

5. 防火墙机制：用于限制网络访问，防止未经授权的网络访问和攻击。

6. 漏洞扫描和修补机制：用于定期扫描系统漏洞，并及时修补漏洞，提高系统安全性。

7. 安全策略和规则制定机制：用于制定和实施安全策略和规则，以确保系统整体安全性。

操作系统安全隔离机制ptrace
硬件隔离技术：
专用安全硬件模块，提供相对安全的硬件隔离环境，利用硬件实施访问控制。

一般由处理器或与主处理器连接的专用设备提供。

MMU通过虚拟地址，实现进程隔离。

IOMMUs，IO Memory Management Uints，转换设备DMA地址到物理地址，实现隔离设备驱动，限制硬件对虚拟机的直接访问。

DMA，Direct Memory Access，DMA传输将数据从一个地址空间复制到另一个地址空间，比如将外部内存的区块移动到芯片内部更快的内存区。

主流的硬件隔离：在SoC内部或者外部设计一个专门的硬件安全模块。

软件隔离技术：
在软件层构建一个可信的隔离运行环境，从而限制恶意代码的扩散或将可信软件或敏感数据保护在该隔离环境中。

虚拟化技术：
基于瘦特权软件层的隔离技术。

抽象一个虚拟的软件或硬件接口。

来保证其上的软件模块能运行在一个虚拟出来的环境上。

实质是再现了整个物理服务器作为一个虚拟机来运行一个应用，
并由虚拟化监控程序来抽象服务器资源和分配资源给虚拟机（VM）。

但是监控程序执行抽象的开销会造成一定程度的性能损耗。

硬件虚拟化。

OS虚拟化。

应用程序虚拟化。