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北邮信息安全专业容错计算技术课件第5章

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容错计算第2章

容错计算第2章

可信定义


Dependability: the ability to deliver service that can justifiably be trusted The dependability of a system is the ability to avoid service failures that are more frequent and more severe than is acceptable

可改写可靠度公式
R(t ) e

t
e
t / MTBF
当t=MTBF，则 R(t)=36.8%
MTBF

当 t 很小时，
R(t ) 1 t t 1 MTBF t MTBF 1 R(t )


在大量的场合里，要求计算机短时间内具备较高的可 靠性 例如：一台计算机由10000个元件组成，每个元件的 失效率为0.05%每1000小时，对应于99%可靠度的系 统运行时间是
串并联与并串联系统的可靠度比较

n=m=2
Ra 串-并联Rs
0.7 0.739
0.8 0.870
0.9 0.963
0.95 0.991
并-串联Rs
0.828
0.921
0.98
0.995
PCI
Disks

3、复杂的可靠性系统

Embedded I/O
Fault Detection & Isolation

可靠性框图与逻辑框图
CPU 总线 接口
内存
外存
终端
输出
计算机系统结构框图
CPU 总线 内存 接口 系统结构可靠性框图 外存 终端 输出

计算机容错技术优选PPT

计算机容错技术优选PPT
计算机容错技术
魏贇
第一章 概述
容错和可靠性 容错技术的发展概况 容错技术的主要内容 容错技术应用
一、容错和可靠性
故障、失效和错误的概念 可靠性的概念 容错的概念 可靠性和容错的关系
（一）故障、失效和错误的概念
失效（failure）是指硬件物理特性异变，或软件不能完成规 定功能的能力。
若按逻辑性来分
– 逻辑故障：造成逻辑值发生变化的故障 – 非逻辑故障：造成象时钟（clock）或电源出错等错
误的故障
按时间划分：
– 永久性故障：调用诊断程序进行故障定位，然后采 取纠错措施
– 间隔性故障：可以通过更换硬件或软件等途径来达 到修复的目的
– 偶然性故障：只能靠改善环境条件等努力来减少这 类故障
⑥ 重组：当检测出一个故障并判明是一个永久性故障时，这时重组 系统的器件以便替代失效的器件或把失效的器件与系统的其他部 分隔离开来，也可使用冗余系统，系统能力不降低。
⑦ 恢复：检测和重组（若必要的话）之后，必须消除错误效应。通 常，系统会回到故障检测前处理过程的某一点，并从这一点重新 开始操作。这种恢复形式（一般叫卷回）通常需要后备文件、校 验点和应用记录方法。
故障（fault）是指硬件或软件的错误状态，是失效在逻辑上 的等效。一个故障可以用种类、值、影响范围和发生时间来 描述。
错误（error）是指程序或数据结构中的故障表现形式，是故 障和失效所造成的后果。
容错设计的软件可以有某些规定数目的故障但不导致失效， 但对无容错的软件而言，故障即失效。
故障的分类
错误的根源
（二）可靠性
1. 概念 2. 实现系统可靠性的方法 3. 系统可靠性的指标
1、概念
可靠性的含义
– 广义：一切旨在避免、减少、处理、度量软 件/硬件故障（错误、缺陷、失效）的分析、 设计、测试等方法、技术和实践活动。

计算机基础-第五章-信息安全课件

计算机基础-第五章-信息安全课件
计算机基础-第五章-信息安全
计算机病毒的分类
• 按寄生方式分:
引导型 病毒文件型病毒 复合型病毒
• 按破坏性分 :
良性病毒 恶性病毒
计算机基础-第五章-信息安全
病毒的传播途径
• 计算机网络 • 移动存储设备 • 点对点通信系统和无线通道 • 不可移动的计算机硬件设备
计算机基础-第五章-信息安全
病毒的预防
计算机基础-第五章-信息安全
系统安全规划与管理
• 正确地配置和使用防火墙 • 使用入侵检测系统 • 使用网络隐患扫描系统 • 网络病毒防范 • 访问权限控制 • 数据加密
计算机基础-第五章-信息安全
三. 数据加密
• 信息安全的核心技术
明明文文M 发送者
C=E (M) k
加密变换 E k
破译分析 解密变换Dk
• 网络安全是一门涉及计算机科学、网络技术、通信技术、密码技 术、信息安全技术、应用数学、数论、信息论等多种学科的综合 性科学。
计算机基础-第五章-信息安全
计算机网络安全
（l）运行系统安全，即保证信息处理和传输系统的安全。 （2）网络上系统信息的安全。 （3）网络上信息传播的安全，即信息传播后果的安全。 （4）网络上信息内容的安全。
计算机基础-第五章-信息安全
⑻ 安全漏洞攻击
• 操作系统安全漏洞； • 网络应用软件安全漏洞； • 协议漏洞。
计算机基础-第五章-信息安全
⑼ 端口扫描攻击
就是利用Socket编程与目标主机的某些端口建立TCP连接、进行 传输协议的验证等，从而侦知目标主机的扫描端口是否是处于激活 状态、主机提供了哪些服务、提供的服务中是否含有某些缺陷等等。
计算机病毒及反病毒是两种以软件编程技术为基础的技术，它 们的发展是交替进行的，因此对计算机病毒应以预防为主，防止病 毒的入侵要比病毒入侵后再去发现和排除要好得多。

计算机网络安全技术第5章

计算机网络安全技术第5章
签名方案”（Group Signature Scheme）：一个小组的任一成员可以签署文件，验证者可以确认签名来自该小组，但不知道是小组的哪一个成员签署了文件。“一次性签名方案”（One time Signature Scheme）：仅能签署单个报文的签名方案。“不可抵赖签名方案”（Undeniable Signature Scheme）：在签名和验证的常规成分之外添上“抵赖协议” (Disavowal Protocol)，则仅在得到签名者许可信息后才能进行验证。“带有数字时间标记系统 (Digital Timestamping System)的签名方案”：将不可篡改的时间信息纳入数字签名方案。“多重签名”：使任意n个签名人产生的n个签名组成一个单一的签名。
假定sender向receiver发送一则消息message ，采用公开密码系统的签名过程描述如下：1）sender计算：c = Da(message)对message签名。Da 是加密变换，所使用的秘密密钥为sender所私有，任何人，包括receiver在内，由于不知道sender的秘密钥，所以不能伪造sender的签名。2）receiver通过检查Ea( c )是否恢复message来验证sender的签名，Ea是Da 的逆变换，Ea变换中所使用的密钥是sender的公开钥。3）如果sender和receiver之间发生争议，仲裁者可以用2）中的方法鉴定sender的签名。例：sender表示一个银行电子支付系统的客户，receiver代表sender所在的银行。Receiver收到sender要求取款1000万日元的信息后，必须确定这个信息确实是由sender签名发出的。如果以后sender否认这一笔取款，receiver能够向仲裁者证实，这个取款单确实是由sender签署的。如果采用公开钥密码系统签名，密秘钥仅为sender所拥有，公开钥大家都知道，sender无法否认自己的签名。别人由于不知道秘密钥也无法冒名顶替sender的签名。

信息安全原理与实践教程第5章

信息安全原理与实践教程第5章
置了。
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信息安全原理与实践教程第5章
④ 方法4：DOS下破解。该方法直接在 MS-DOS 环境下 便可完成，在MS-DOS环境下输入：“COPY CON ”后按【回车】键，继续输入如下十个字符： “ALT+176 ALT+17 ALT+230 p ALT+176 ALT+20 ALT+230 q ALT+205”，再按【空格】键，然后按【F6】键，再按【回 车】键保存，运行文件后，重新开机即可。
注：“用户密码”的权限低于“管理员密码”。
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信息安全原理与实践教程第5章
2) BIOS密码的破解 如果遗忘了BIOS密码该怎么办呢？有以下几种方法可以 解决这个问题。对于用户设置的这两种密码，破解方法是有 所区别的。
(1) 破解“USER PASSWORD”。 ① 方法1：Debug法。其原理是：通过向CMOS芯片写入 数字导致开机检测时无法通过其奇偶校验，从而CMOS芯片 恢复出厂设置，实现清除BIOS密码的目的。具体操作步骤如 下：
AWI BIOS的通用密码有：AMI、BIOS、PASSWORD、
HEWITT RAND、AMI_SW、LKWPETER、A.M.I。
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信息安全原理与实践教程第5章
② 方法2：CMOS 放电。目前的主板大多数使用纽扣电 池为BIOS提供电力，也就是说，如果没有电，其中的信息就 会丢失了。再次通电时，BIOS就会回到未设置的原始状态， 当然BIOS密码也就没有了。
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信息安全原理与实践教程第5章
打开电脑机箱，找到主板上银白色的纽扣电池并小心将 它取下，再把机箱尾部电源插头拔掉，用金属片短接电池底 座上的弹簧片，大概30秒后，再将电池装上。此时，CMOS 会因断电而失去内部储存的信息。再开机时，系统就会提示 “CMOS Checksum Error-DeFaults Loaded”，即提示CMOS在 检查时发现了错误，已经载入了系统的默认值，BIOS密码破 解成功。

信息安全技术教程清华大学出版社-第五章-PPT课件

信息安全技术教程清华大学出版社-第五章-PPT课件

• 非授权访问
– 非授权访问是指越过访问控制机制在未授权的情况下对系统资源 进行访问或是非法获得合法用户的访问权限后对系统资源进行访 问。
• 恶意代码
– 恶意代码可以是一个程序，一个进程，也可以是其它的可执行文 件，共同特征是可以引发对系统资源的非授权修改或其它的非授 权行为 – 病毒、蠕虫、木马
• 拒绝服务
5.1 攻击及其相关概念
• 5.1.1 安全事件
• 5.1.2 安全事件类型
2019/2/5
5.1 攻击及其相关概念
• 什么是攻击
– 攻击是指在未授权的情况下访问系统资源或阻止授权 用户正常访问系统资源
• 攻击者
– 实施攻击行为的主体，可以是一个个体，也可以是一 个团体
• 攻击的类型
– 军事情报攻击，商业金融攻击，恐怖袭击，基于报复 的攻击，以炫耀为目的的攻击
2019/2/5
蠕虫特点及危害
• 利用操作系统和应 用程序的漏洞主动 进行攻击。 • 传播方式多样 • 制作技术与传统的 病毒不同 • 与黑客技术相结合， 潜在的威胁和损失 更大
病毒名称 持续时间 1988年 造成损失
莫里斯蠕 虫
美丽杀手
6000多台计算机停机，直接经济损失 达9600万美元 政府部门和一些大公司紧急关闭了网 络服务器，经济损失超过12亿美元 众多用户电脑被感染，损失超过100亿 美元以上
– 需要一个用于感染的宿主，脱离宿主，病毒就不能 自我复制
20ห้องสมุดไป่ตู้9/2/5
5.3.2 蠕虫
• 蠕虫的定义及分类
– 蠕虫也是一种病毒，具有病毒的传播性， 隐蔽性，破坏性等特性。
普通病毒 存在形式 寄存文件 蠕虫病毒 独立程序

北邮信息安全专业容错计算技术课件第5章


硬件冗余设计技术
容错计算技术
第二节 待命储备系统
一． 待命储备模块的纠错能力
M1
M2 储. 备. 模.
块
MS+1
检测 与
切换
R1,s 1 (1 R)s1
硬件冗余设计技术
容错计算技术
第二节 待命储备系统
一． 待命储备模块的纠错能力 R1,s 1 (1 R)s1
硬件冗余设计技术
容错计算技术
C2K 2 (1 K )2
(R

2R
2K 1 K

R
3K K
2)
R1,2
(T
)

R

CK K 1
R(1
R
K 1) K
C2K 2
2K 1 3K 2
(1 K )2 (R 2R K R K )
硬件冗余设计技术
容错计算技术
第二节 待命储备系统
分析一下： ① 当C=1，K=1，
V
硬件冗余设计技术
容错计算技术
第一节 硬件表决系统
四． 三模 - 单模自净系统
硬件冗余设计技术
容错计算技术
第一节 硬件表决系统
工作原理
1. 当无故障出现时 系统处于初始状态，此时
① 三个触发器：T1=T2=T3=1; ② 计数器1=计数器2=计数器3=0； ③ 控制触发器：C1=C2=C3=1,则控制门
M1
M1
M2
M2
F=(M1,M2,M3)
V
M3
M3
F M1M2M3 M1M2M3 M1M2M3 M1M2M3
M2M3 M1M2 M1M3
硬件冗余设计技术

北邮信息安全专业容错计算技术课件第7章

分布容错技术
概述 系统级故障诊断技术 基于检查点的卷回恢复和进程迁移技术 分布容错调度技术 分布系统的容错设计
概述
分布式系统是互相通信的自治计算机结点的集 合
模块性、并行性和自治性
适合于容错技术：
所有资源都可以冗余，包括CPU、存储器、I/O接口 以及数据和控制
良好的可扩展性，系统的冗余程度可以随应用要求 和环境变化进行动态调整
ID等）
检查点文件
将检查点保存到本地磁盘上只能容忍瞬 时故障或间歇故障
利用网络存储设备，可以选择检查点存 放位置而恢复单个或多个永久故障
系统资源在物理上分开，从根本上避免了由于局部 故障引起系统的全面崩溃
高速可靠的通信子网、资源的分散控制，消除了在 单处理机或多处理机中存在的竞争、数据流的瓶颈 和控制的关键点
分布式系统的系统级故障诊断技术
基本思想
首先让系统中的处理机相互测试，然后对测 试结果进行分析，进而找出处理机和链路的 故障
Byzantine generals problem
解决拜占庭将军问题的算法必须保证
所有忠诚的将军必须基于相同的行动计划做 出决策
忠诚的将军按算法的要求行动，而叛徒则按他们 自己的意志行动。算法要保证不管叛徒怎么做， 条件A都能得到保证。忠诚的将军们不但要能达 成一致，而且要同意一个合理的计划。
被传送的进程状态包括进程的地址空间、执行状态 （寄存器内容）、通信状态（打开的文件和消息通 道）以及其他一些与操作系统相关的信息
进程迁移状态信息
内存空间（代码和数据） 打开文件（文件内部标识、文件访问位
置和文件缓冲块） 进程消息（收发缓冲信息） 执行状态（上下文切换的核心存储和恢
复信息，如寄存器值） 其他内核信息（如当前工作目录、进程

第5章计算机网络安全技术(第二版)

第5章
数据库系统安全
本章主要内容
1 2 3 4 5



数据库系统的安全框架和安全性要求 数据库的死锁、活锁和可串行化 数据库的备份与恢复方法 攻击数据库的常用方法 Oracle数据库的安全管理
5.1

数据库系统安全概述
数据库系统担负着存储和管理数据信息的任 务，是计算机应用技术的一个重要分支，从 20世纪70年代后期开始发展，虽然起步较晚， 但近30年来已经形成为一门新兴学科。数据 库应用涉及面很广，几乎所有领域都要用到 数据库系统。因而，如何保证和加强其安全 性和保密性，已成为目前迫切需要解决的热 门课题。
5.1.1 数据库系统的组成(1)

数据库系统的组成 DBMS的功能 （1）有正确的编译功能，能正确执行规定的操作。 （2）能正确执行数据库命令。 （3）能保证数据的安全性、完整性，能抵御一定程度 的物理破坏，能维护和提交数据库内容。 （4）能识别用户、分配授权和进行访问控制，包括身 份识别和验证。 （5）顺利执行数据库访问，保证网络通信功能。

数据库中的所有数据都必须满足自己的完整性 约束条件，这些约束包括以下几种： 1．数据类型与值域的约束 2．关键字约束 3．数据联系的约束
5.2.3 数据库并发控制(1)


目前，多数数据库都是大型多用户数据库，所 以数据库中的数据资源必须是共享的。为了充 分利用数据库资源，应允许多个用户并行操作 的数据库。数据库必须能对这种并行操作进行 控制，即并发控制，以保证数据在不同的用户 使用时的一致性。 现在以财务部门对数据库CWBM的操作为例， 分析并发操作带来的问题。
访问控制
允许用户只访问被批准的数据，以及限制不同的用户有不同的访问模式，如读或写

计算机系统安全原理与技术课件第5章第4节

▪ Kerberos协议中使用通行证（Ticket，也有译作票 据）来实现用户和应用或服务之间的认证。
3
计算机系统安全原理与技术（第4版）
5.4.1 应用层安全协议
❖ 1．Kerberos协议 ❖ （3）Kerberos的基本认证过程
4
计算机系统安全原理与技术（第4版）
5.4.1 应用层安全协议
18
计算机系统安全原理与技术（第4版）
应用实例：https协议应用
❖ SSL应用于http协议形成了https协议。 ❖ 当需要确保网络上所传输信息的机密性、真实性和完
整性时，一种优选的方法就是使用https协议，https 为正常的http包封装了一层SSL。
19
计算机系统安全原理与技术（第4版）
❖ 1．Kerberos协议 ❖ （4）Kerberos的两种工作模式
▪ Kerberos协议有两种模式：单域模式和多域模式。 ▪ 一个Kerberos域是指用户和服务器的集合，它们都
被同一个AS服务器所认证。 ▪ 不同组织或机构的客户和服务器组成的网络往往分成
不同的域。 ▪ 要实现跨域认证，两个域中的Kerberos服务器需要
7
计算机系统安全原理与技术（第4版）
5.4.1 应用层安全协议
❖ 2．其他应用层安全协议
❖ （1）安全外壳协议——SSH
▪ SSH（Secure Shell，安全外壳协议）是用密码算法 提供安全可靠的远程登录、文件传输和远程复制等网络 服务提供安全性的协议。这些网络服务由于以明文形式 传输数据，故窃听者用网络嗅探软件（如TCPdump和 Wireshark）便可轻而易举地获知其传输的通信内容。 利用 SSH 协议可以有效防止远程管理过程中的信息泄 露问题。
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第一节 硬件表决系统
一． 简单的表决系统(TMR) 二． NMR系统 三． 分段表决系统 四． 三模 – 单模自净系统 五． 典型表决电路
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
一． 三模表决系统（TMR） Triple Modular Redundancy
三个模块同时执行一样的操
第一节 硬件表决系统
TMR可靠度
设三个模块的可靠度相等，为R(t)。
忽略表决电路的失效。
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
TMR的MTBF
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
•与
•的比较
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1 0.693 0.5 0.1 0.06 0.018
•R
•1.0 •0.94
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
•第一节 硬件表决系统
一． 简单的表决系统(TMR) 二． NMR系统 三． 分段表决系统 四． 三模 – 单模自净系统 五． 典型表决电路
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
二． NMR系统 N个模块的表决系统可以纠正n个模
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
•第一节 硬件表决系统
第一节 硬件表决系统
工作原理
2. 出现间歇性故障或偶然性故障
假如M1出现此类故障，持续时间约为两个时钟时间。
①
,则：比较器X1=1; 控制触发器C1=0;
② 控制门G1“关”状态，则：
M1输出被封锁；V接收M2,M3最后输出正确结果F。
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
n TMR的特点
➢ 任务时间越短可靠度的提高越明显 ➢ 任务时间过长，RTMR反而不如单模的R(t)高 ➢ （MTBF）TMR < （MTBF）单模块
• 因此，TMR的主要优势在于任务时间 不是很长的情况下。 • 例如：弹载计算机
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
三． 分段表决系统
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
Saturn-V七段TMR系统
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•选用三表决器： •为了避免单表决器形成的故障单点
假如M1出现永久性故障 ① M1被封锁 ② 计数器1计数，直到记满溢出，使
C1=0, T1=0, A1“关”； C2=0, T2=0, A2 “关”, 封锁M2; ③ 仅M3工作。
北邮信息安全专业容错 计算技术课件第5章
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2020/11/12
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
硬件冗余设计技术
第一节 硬件表决系统 第二节 待命储备系统 第三节 混合冗余系统 第四节 硬件二模冗余系统
第五节 可重构的五模系统
第六节 硬件冗余结构综述
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
块的错误， 其中: n=(N-1)/2
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
NMR系统可靠度
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
•第一节 硬件表决系统
一． 简单的表决系统(TMR) 二． NMR系统 三． 分段表决系统 四． 三模 – 单模自净系统 五． 典型表决电路
③ 门A1“开”状态，则
第一脉冲使C1＝1，计数器1＋1＝1。
④ G1“开”状态，f1送到V。
⑤
，则： M1再被封锁，F由M2,M3决定，直至计
数器1＋1＝2，则 f1=F
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
•第一节 硬件表决系统
第一节 硬件表决系统
n 工作原理
3. 出现永久性故障
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
TMR with Imperfect Voter
•RTMR = Rv(3R2 – 2R3•)?> R
•Condition on the voter reliability •Rv > 1 / [3R – 2R2]
•1
• Voter
•2
•V
•3
•Condition on the module reliability
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
n 作原理
1. 当无故障出现时 系统处于初始状态，此时
① 三个触发器：T1=T2=T3=1; ② 计数器1=计数器2=计数器3=0； ③ 控制触发器：C1=C2=C3=1,则控制门G1,G2,G3处
于打开状态
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•3 –
9 – 8/Rv •4
•< R < • 3 +
9 – 8/Rv •4
•Example: Rv = 0.95 requires that •0.56 < R < 0.94
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•Rv
•0.95
• TMR better
•0.885
• Simplex better
•0.5 •0.56
•0.75
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第一节 硬件表决系统
•研究一下： •当发生永久性故障时， •TMR的可靠性如何？
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
•第一节 硬件表决系统
TMR表决系统
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
四． 三模 - 单模自净系统
作，以多数相同的输出作为该表决系统
的正确输出。
通常称为三中取二
“少数服从多数”
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
TMR表决系统
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
TMR表决电路
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北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
0.368 0.5 0.607 0.905 0.942 0.982
0.306 0.5 0.657 0.975 0.990 0.999
北邮信息安全专业容错计算技术课件 第5章
第一节 硬件表决系统
TMR的特点
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•R
•1.0
• TMR
•0.5
•0.0 •0
•ln 2
• Simplex
lt