基于加权下推系统优化可达性分析的Java安全信息流研究

信息流安全的形式化以无干扰性为标准属性.针对目前字节码级的信息流安全分析均未基于对程序无干扰性的语义表示,提出了一种基于语义的无干扰性自动验证方法.为适应语言特性和应用环境的限制,将基本自合成扩展为低安全级记录自合成,以支持对标错状态的可达性分析,保证标错状态不可达时对应字节码程序满足无干扰性.在此基础上为提高实际验证效率提出了3种模型优化方法.实验说明方法的可用性、效率、可扩展性及模型优化的实际效果.     

基于信息流的程序权限控制技术

针对SELinux策略配置存在的不安全访问控制授权,提出了基于信息流分析的权限控制方法.该方法针对系统安全目标对策略配置进行信息流分析,确定了目标程序和不安全的访问授权.再通过目标程序上的静态信息流分析,定位可能使用不安全访问授权的程序点.根据这两者的分析结果,完成程序安全状态的划分,并制定出状态转换条件.在时间和空间上对程序的访问权限实施了细化的控制,保证安全的同时最小化对程序功能的影响.     

基于下推系统可达性分析的输出信道信息流检测

提出了一种对含输出信道的命令式语言进行信息流安全性分析的方法。将程序抽象为下推系统,通过自合成将不千涉性转化为安全性属性,将两次相关执行中向输出信道的输出操作分别抽象为由下推规则表示的存储和匹配操作,通过对标错状态的可达性分析验证程序是否满足终止不敏感不干涉性。演化后的方法支持程序的发散执行,通过上界回退算法找到强制终止首次执行所需的最大输出信道上界。实验说明该方法与现有工作相比具有更高的精确性和验证效率。     

数据库管理系统强制访问控制形式化分析与明证

强制访问控制是保护数据库管理系统安全的有效机制.DMOSMAC是一个依赖于安全操作系统实现强制访问控制机制的数据库管理系统.在分析该系统实现的基础上,对该系统进行了形式化分析.给出了信息流的概念,将信息流集合作为被验证系统状态的一部分.信息流集合始终是一个递增的集合,利用信息集合流可防止删除等操作的证明被绕过的可能,保证验证过程的严密性.在信息流的基础上提出了一种对系统代码进行抽象、抽取的形式化分析方法.即抽象DMOSMAC系统状态,从源代码中提取操作规则,将BLP模型中的状态、访问规则分别与DMOSMAC系统的状态、操作规则建立映射关系,BLP模型中简单安全性和*-特性转换为面向信息流的状态不变式,继承BLP模型的相关安全公理和定理进行分析和证明;最后用定理证明器COQ进行安全性证明的方法.     

基于通信顺序进程的Android程序复杂信息流分析方法

Android 隐私泄露问题日益严重,信息流分析是发现隐私泄露的一种主要方法。传统信息流分析方法以单一可达性分析为主,难以分析复杂信息流。提出一种基于通信顺序进程的信息流分析方法,建立应用程序行为的形式化模型,从而全面刻画程序信息流行为。基于进程迹等价分析方法能够自动化验证信息流关联、信息流约束等复杂信息流问题,进而判断是否存在敏感信息泄露。实验表明,所提方法能够达到90.99%的准确率。     

基于精化的可信执行环境内存隔离机制验证

可信执行环境(trusted execution environment, TEE)基于硬件隔离机制,为安全敏感应用提供隔离的执行环境,保护敏感数据的安全性.内存隔离机制是TEE的关键机制之一,用于对安全内存和非安全内存进行隔离,并对安全内存实施访问控制,如果其安全性不能保证,可能造成存储在安全内存中的敏感数据泄露.为验证TEE内存隔离机制的安全性,针对基于ARM TrustZone技术构建的TEE,提出一种基于精化的可信执行环境内存隔离机制安全性验证方法.建立抽象模型和具体模型,并定义两种模型之间的精化关系,在证明精化关系成立和抽象模型满足信息流安全性的前提下,验证具体模型的信息流安全性.具体模型建模了TEE内存隔离机制的关键硬件和软件,包括TrustZone地址空间控制器、MMU和TrustZone monitor等,在定理证明器Isabelle/HOL中,验证了该模型满足无干扰、无泄露、无影响等信息流安全属性.     

基于模型检测的信息流策略安全性分析

分布式信息流控制是增强系统安全的一种有效方法,但其灵活性也增加了策略管理和分析的复杂性。策略的安全性分析判定系统的所有可达状态是否都能保持特定的安全属性,可以验证策略是否一致完备的满足安全需求。形式化定义了基于Kripke结构和计算树时序逻辑的信息流策略安全性分析问题,验证信息流允许、禁止和授权管理三类信息流安全目标。提出了分支限界和模型检测两种策略验证算法,实验结果表明,算法可有效验证分布式信息流控制系统是否满足特定安全需求,提高了分布式信息流控制的可用性。     

基于自动机监控的二维降密策略

降密策略静态实施机制具有限制性过强的缺陷:它将降密策略语义条件判定为安全的程序排斥在外。为了建立更加宽容的实施机制,基于自动机理论,建立了二维降密策略的动态监控机制。程序执行中的命令事件被抽象为自动机的输入,自动机根据这些输入信息跟踪程序执行过程中的信息流,禁止违反降密策略的程序命令的执行。最后,证明了自动机监控机制的可靠性。     

一种基于有限状态机的隐含信息流分析方法

安全系统中的隐含信息流对系统保密特性构成了严重威胁,对安全系统进行相应的信息流分析是发现隐含信息流的最有效方法．以往的信息流分析主要基于事件轨迹模型进行,不易在系统安全实践中得到利用．该文把安全系统及安全策略模型化为有限自动机,通过研究有限自动机的特性来分析安全系统的信息流特性,进而确定出系统中是否存在隐含信息流．自动机模型比轨迹模型更为直观和自然地表述系统安全策略,在实际系统中能更好地得到应用．     

基于多面体包含的非线性混成系统可达性分析

针对一类非线性混成系统的可达性问题,提出了一种基于多面体包含的分析方法。首先介绍了混成系统及其可达性,讨论了如何应用多面体包含对多项式混成系统进行线性近似,并采用量词消去和非线性优化方法来构造相应的线性混成系统,然后运用验证工具SpaceEx求得原非线性混成系统的过近似可达集,并应用于验证系统的安全性。     

多线程环境中的二维降密策略

降密策略的主要目的在于确保程序中敏感信息的安全释放。目前,降密策略的安全条件和实施机制的研究主要集中在顺序式程序设计语言,它们不能直接移植到多线程并发环境,原因在于攻击者能利用线程调度的某些性质推导出敏感信息。为此,基于多线程程序设计语言模型和线程调度模型,建立了支持多线程并发环境的二维降密策略,有效确保了在合适的程序点降密合适的信息;建立了多线程并发环境下该降密策略的动态监控机制,并证明了该实施机制的可靠性。     

软件系统的可信降密述评

无干扰模型是信息流控制中的基础性安全模型,能确保敏感信息的零泄露,但其安全条件的限制性过强。软件系统由于功能的需要不可避免地需要违反无干扰模型,释放合适的信息。为了防止攻击者利用信息释放的通道获取超额的信息,需要对释放的通道进行控制,建立信息可信降密的策略和实施机制。基于不同维度对现有的降密策略进行归类,大致归并为降密的内容、主体、地点和时间维度;并对现有降密策略的实施机制进行分类,大致可分为静态实施、动态实施和安全多次执行;对这些机制的特点和不足之处进行比较,并探讨了后续研究面临的挑战,展望了未来的研究方向。     

基于广义污点传播模型的操作系统访问控制

动态调整安全级是目前提高强制访问控制模型可用性的主要途径,它大致包括两类方法.其中,安全级范围方法对主体权限最小化的支持不够,而污点传播方法存在已知隐蔽通道.提出了保护操作系统保密性和完整性的广义污点传播模型(generalized taint propagation model,简称GTPM),它继承了污点传播在最小权限方面的特点,拓展了污点传播语义,以试图关闭已知隐蔽通道,引入了主体的降密和去污能力以应对污点积累;还利用通信顺序进程(CSP)语言描述了模型的规格,以明确基于GTPM的操作系统的信息流控制行为的形式化语义;基于CSP的进程等价验证模型定义了可降密无干扰,并借助FDR工具证明形式化构建的抽象GTPM系统具有可降密无干扰安全性质.最后,通过一个示例分析了模型的可用性提升.     

基于信号量的双重身份认证策略

针对现有安全策略的不足,提出一种新的应用于Web系统的安全策略--基于"信号量"的双重身份策略.在新策略的保护下,首先必须通过带验证码的身份认证,即使攻击者绕过口令认证等方式的第一道关口,基于"信号量"原理的第二次认证也会将攻击者阻止在Web系统之外.该策略是已有安全策略的有效补充,以不同以往的新途径提高了Web系统的安全性.     

基于信息格的降密策略

降密策略是信息流安全研究的重要挑战之一.目前的研究主要集中在不同维度的定性分析上,缺乏对机密信息降密数量的精确控制,从而导致降密策略的限制性与程序安全需求之间的关系难以精确控制.为此,提出基于信息格的量化度量方法,通过阈值的控制,从定量的角度对健壮性降密策略的限制性进行放松,实现富有弹性的健壮性降密策略.     

云系统中多域安全策略规范与验证方法

为了有效管理云系统间跨域互操作中安全策略的实施,提出一种适用于云计算环境的多域安全策略验证管理技术。首先,研究了安全互操作环境的访问控制规则和安全属性,通过角色层次关系区分域内管理和域间管理,形式化定义了基于多域的角色访问控制（domRBAC）模型和基于计算树逻辑（CTL）的安全属性规范;其次,给出了基于有向图的角色关联映射算法,以实现domRBAC角色层次推理,进而构造出了云安全策略验证算法。性能实验表明,多域互操作系统的属性验证时间开销会随着系统规模的扩大而增加。技术采用多进程并行检测方式可将属性验证时间减少70.1%～88.5%,其模型优化检测模式相比正常模式的时间折线波动更小,且在大规模系统中的时间开销要明显低于正常模式。该技术在规模较大的云系统安全互操作中具有稳定和高效率的属性验证性能。     

基于DTE策略的安全域隔离Z形式模型

基于DTE策略的安全域隔离技术是构造可信系统的基本技术之一.但现有DTE实现系统存在安全目标不明确、缺乏对系统及其安全性质的形式定义和分析的缺点,导致系统安全性难以得到保证.定义了一个基于DTE策略的安全域隔离模型,采用Z语言形式定义了系统状态、基于信息流分析的不变量和安全状态,并借助Z/EVES工具给出验证系统安全的形式分析方法.解决了DTE系统的形式化建模问题,为安全域隔离技术的实现和验证奠定了基础.     

Model checking probabilistic systems against pushdown specifications

Model checking is a fully automatic verification technique traditionally used to verify finite-state systems against regular specifications. Although regular specifications have been proven to be feasible in practice, many desirable specifications are non-regular. For instance, requirements which involve counting cannot be formalized by regular specifications but using pushdown specifications, i.e., context-free properties represented by pushdown automata. Research on model-checking techniques for pushdown specifications is, however, rare and limited to the verification of non-probabilistic systems.In this paper, we address the probabilistic model-checking problem for systems modeled by discrete-time Markov chains and specifications that are provided by deterministic pushdown automata over infinite words. We first consider finite-state Markov chains and show that the quantitative and qualitative model-checking problem is solvable via a product construction and techniques that are known for the verification of probabilistic pushdown automata. Then, we consider recursive systems modeled by probabilistic pushdown automata with an infinite-state Markov chain semantics. We first show that imposing appropriate compatibility (visibility) restrictions on the synchronizations between the pushdown automaton for the system and the specification, decidability of the probabilistic model-checking problem can be established. Finally we prove that slightly departing from this compatibility assumption leads to the undecidability of the probabilistic model-checking problem, even for qualitative properties specified by deterministic context-free specifications.     

基于内容和地点维度的机密信息降级策略

目前机密信息降级策略的研究主要集中在信息降级的内容、地点、时间等维度上,每个维度的策略都有一定的局限性,攻击者将会利用其他维度的漏洞,非法获取额外的机密信息。降级策略需要综合考虑多个维度来确保机密信息的可信降级。为此,利用攻击者知识模型,提出了一种基于内容和地点维度的降级策略。内容维度的关键思想是攻击者不允许通过滥用降级机制来获取额外的机密信息,而地点维度控制机密信息仅能通过特定的语句进行降级。此外,建立了该策略实施的类型规则,并证明了类型规则的可靠性。