一种新的基于风险的只能访问控制方法

第!"卷第#期重庆邮电大学学报 自然科学版$%&'!"()%'#!**+年,月-%./01&%234%0567058079:/;7<=%2>%;<;10?@:&:A %B B .07A 1<7%0; )1<./1&C A 7:0A :D ?7<7%0 E .5'!**+一种新的基于风险的智能访问控制方法收稿日期 !""#$"%$!&基金项目 国家自然科学基金 '"()!"%) 重庆市教委科学研究计划 *+"#"&"' 重庆市自然科学基金 ,-., !"")//!0&0 重庆邮电大学自然科学基金 1!""($0(马2彬3 ! 谢显中3 !34重庆邮电大学计算机学院 重庆0"""'& !4重庆邮电大学个人通信研究所 重庆0"""'&摘2要 移动网络中设备和服务的移动性引起可用信息和服务的动态性和不确定性 针对这些特性带来的风险和访问控制问题 提出了采用云模型来度量风险 该方法能真实有效地评估用户间的安全风险 其次 基于该风险评估方法 结合现有的角色 策略 信任和上下文的访问控制技术 提出了一个更加安全可靠的智能访问控制方法 应用原型设计与分析表明 该智能访问控制方法能够有效表达用户间存在的动态性和不确定性 降低了安全风险 增强了移动系统的安全性关键词 移动网络 云模型 访问控制中图分类号 .5%#%222222222文献标识码 1文章编号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引(言访问控制技术经过%"多年的研究 先后出现了自主访问控制 W 1, 强制访问控制 71, 基于角色的访问控制 P /1, 基本目标是防止非法用户和非法行为 3 当前移动网络安全研究主要工作集中在访问控制模型的研究 ! 文献 % 对P /1,扩展后 把角色分成主体角色和环境角色 提出了X P /1,模型 文献 0 结合上下文定义了一个通用计算环境 提出了基于上下文感知的访问控制等的架构,B H QB H FO 它通过指纹 声音等动态上下文信息来识别用户 文献 & 考虑了动态上下文信息与角色的关联 提出了新的具有上下文关联约束的,11, 扩展了P /1, 文献 ' 结合权限和上下文的动态性 讨论了网格环境下基于上下文和角色的访问控制 文献 ) 提出了一种基于主体 客体的状态和环境上下文信息对主体进行动态授权的访问控制模型 文献 ( 结合行为 时态状态和环境状态的层次结构 提出了基于行为的访问控制模型对上述访问控制技术分析可知 当前移动网络下的访问控制技术基本都是对基于角色的访问控制进行扩展 无论结合动态上下文 还是对主客体对象细粒度控制 都只能适合某些特定环境下的安全需求 很难达到移动网络环境的多样性安全需求移动网络的无处不在性和透明性特征引起了诸多安全问题 特别是在安全访问控制领域 在访问控制模型的设计中 一些重要的因素必须要考虑移动网络环境存在大量的移动用户 因此访问控制的权限分配必须是基于角色) 动态上下文信息!比如用户的服务请求信息等$是及时动态更新的)因此用户访问授权必须是结合这些上下文的实用增强的访问控制) 用户需要获得一个明确的访问服务"而不必知道何种信任证书必须提供)例如"传送服务需要一些交互机制的支持"而该机制应该能够明确哪些必须的静态信任证书应该提供"不必用户关心) 在移动网络中存在着大量的移动用户"且常在不同的域中切换"因此对于某一特定的移动网络环境常常是陌生的)在这种情况中访问控制应当基于动态信任的观点来获得访问权限)本文提出一种基于信任&动态上下文&角色和策略的移动网络访问控制机制)通过对各种上下文信息进行综合分析和风险识别"产生风险信号"从而开展对上下文信息的风险评估和量化"并结合风险值"进而更加客观真实地反映用户的可信度"为系统进行访问控制安全决策提供客观依据)最后结合基于角色&策略&信任和上下文信息的访问控制技术来综合决策系统安全)"(基于云模型的风险评估算法"4"(概念的不确定性描述工具 云模型定义3 # 2设!是一个用精确数值表示的定量论域!可以是一维"也可以是多维$""是!上的定性概念"若# !"且"的一次随机实现"#对"的确定度 ()# '""3(是有稳定倾向的随机数% %! '""3(" # !"# ()#"则#在!上的分布称为云!,A?FJ$"每一个#称为一个云滴!无次序$)云可以用图形表示"简称云图)云图表示的概念的整体特性可以用云的数字特征来反映)用期望值$#&熵$%&超熵&'%个数值来整体表征一个概念)它们反映了定性概念整体上的定量特征)期望 ;U EB I G<G8?9Y<A FB 云滴在论域空间分布的期望)通俗地说"就是最能够代表定性概念的点)熵 ;9G H?EK 定性概念的不确定性度量"由概念的随机性和模糊性共同决定)超熵 T K EB H;9G H?EK 超熵是熵的不确定性的度量"即熵的熵)由熵的随机性&模糊性共同决定)云模型是云的具体实现方法)由定性概念到定量表示的过程"也就是由云的数字特征产生云滴的具体实现"称为正向云发生器'#(#由定量表示到定性概念的过程"也就是由云滴群取得云的数字特征的具体实现"称为逆向云发生器'#()逆向云发生器算法是实现从定量值到定性概念的转换模型)其中无需确定度信息的逆向云算法'#(更容易应用!确定度在很多情况很难获得$)算法32无确定度的逆向云算法%Z Z输入%*#(+#Z Z输出%$#"$%"&'#3$根据#(计算这组云滴的均值)&一阶矩*3和二阶矩*!#!$$#+)#%$$%+*3,槡!#0$&'+*!-$%槡!)"4!(风险云发生器算法结合云模型中无确定度逆向云算法"提出了基于动态上下文信息的风险发生器算法)算法!2风险发生器算法%Z Z输入%上下文信息集合"[*.3".!",".%+"采样间隔时间/"隶属度的阀值 "每一种上下文风险信号的权重0+*13"1!","1%"21(23+) Z Z输出%风险值P8O S#3$根据样本点上下文和采样间隔时间"采用无确定度的逆向云算法"生成云的期望值&熵和超熵# !$根据云的隶属度函数定义"计算确定度+B-!3-$#$!!!$%$!#%$根据 和 大小关系! 2 有风险信号产生"否则无$"判定上下文有无风险信号产生# 0$据P8O S的取值等于各上下文风险信号与其权重乘积之和)从算法可知"在采样时间间隔内如果是正常范围的动态变化属-静止.概念"不产生风险信号"只有超出正常范围的动态变化才会产生风险信号) !(基于风险的智能访问控制基于信任&动态上下文&策略和角色的智能访问控制方法"融合了现有的基于角色的访问控制!P/1,$"基于策略的访问控制!5/1,$"基于上下文的访问控制!,/1,$和基于信任的访问控制!./1,$的主要优点)加强了访问控制机制对用户不确定性和动态性的描述能力"增强了系统防御不确定风险的能力)智能访问控制方法流程如图3所示) 22从图3可以看出"该访问控制机制由'个部分/!/22222222重庆邮电大学学报!自然科学版$22222222222第!3卷图32智能访问控制流程图\8@432\A?RI><H G?C89G B A A8@B9G<I I B O O I?9G H?A组成"分别是风险管理器&信任管理器&动态上下文管理器&策略管理器&角色管理器和访问控制管理器)风险管理器关注动态上下文的变化情况"对非正常范围内的变化产生风险信号#实时结合产生的访问控制上下文信息更新风险值)信任管理器主要负责用户信任的表示和信任值的计算)动态上下文管理器主要提供用户上下文和系统上下文给访问控制管理器)策略管理器主要维持系统授权策略和服务授权策略)系统授权策略处理的是系统级的资源访问授权)服务授权策略是每个服务的局部授权策略)它定义了哪些操作用来完成特定服务和哪个用户被授权来完成这些特定服务)角色管理器基于层次结构存储了角色)同时"图3还描述了智能访问控制方法所包含的几个主要过程%角色控制&策略控制和信任控制过程)!4"(角色控制过程当一个用户发送带有信任证书的服务请求到该访问控制管理器"该访问控制策略首先通过角色策略处理)它用从策略管理器获得的授权策略和从上下文管理器获得的用户和系统上下文信息来综合评估该访问服务请求"并且作出是否允许访问服务请求的授权)假如用户的信任证书满足最小特权原则"并且符合系统提供的授权策略和上下文信息"就运用基于角色的访问控制模型来授权用户的访问请求#假如因为最小特权原则没被满足"该服务请求将被搁置"系统将发送该服务请求给策略控制过程) !4!(策略控制过程通过检查访问服务请求和系统授权策略"策略控制过程汇总出用户获得服务需要的最少附加信任证书)这个最少附加信任证书被反馈给用户)假如用户提供了该最少信任证书"移动网络环境就允许用户访问指定授权资源)假如用户对于当前移动网络环境是陌生的或它不能提供前述所需要的最少信任证书"则系统将用基于信任的访问控制进行信任控制过程)!4K(信任控制过程前述!个过程已涉及了能够被系统识别的用户和用户能够提供足够的信任证书!个方面的访问控制问题)然而"通常移动网络环境中用户对于当前环境来说是陌生的和用户不能提供足够信任的信任证书)因此"信任管理器基于不确定风险度量"结合用户间的直接信任&推荐信任&系统中用户间动态上下文信息和时效信息等来表示和计算信任值)通过信任模型的信任传播和信任合并把信任计算值提供给信任控制)假如信任值大于或等于系统中服务或资源的可信访问阀值"则允许用户访问该服务或资源"否则访问请求将被拒绝)而后"访问控制管理器返回信任更新请求给信任管理器用以更新用户之间的上下文信息等)K(应用原型及分析K4"(原型及操作过程通过!个移动网络环境的应用情节说明该访问控制策略的操作过程和提供的!类移动网络服务) !个应用情节分别描述如下%安全可靠的移动网络服务%携带具备蓝牙接口手机的用户1回到自己的实验室!一个移动网络计算环境$"实验室的门检测到用户1的手机和用户1的指纹后自动打开)用户1在实验室里可以进行一些工作"如打开便携式计算机"给用户1订购个性化咖啡"打开空调"打印输出文件等工作)用本文提出的智能访问控制提供移动网络服务的具体过程%用户1使用个人手机打开实验室的门"用户1的手机发出开门请求"实验室的门通过蓝牙接口从手机获取用户1的信任证书"智能门禁系统进行-角色控制."根据从策略管理器获得的授权策略和从上下文管理器获得的用户和系统动态上下文信息来综合评估开门请求)系统初始设置一组角色集合"如领导&教师&研究生&访问人员等角色)如果访问控制管理器检测到在实验室门口的用户1是领导角色"据授权策略和上下文来验证信任证书"当信任证书满足开门的安全控制策略时"实验室领导角色被激活"因此用户1具有领导角色的特权"实验/%/第0期马2彬"等%一种新的基于风险的智能访问控制方法室门被自动打开)在实验室内领导角色的动态上下文信息发生改变"实验室移动网络环境根据新的上下文信息和安全授权策略"重新验证信任证书"用户1得到新的服务"如自动打开领导专用便携式计算机"给领导订购个性化咖啡"或用户1能得到打印文件服务等)如果访问控制器检测到在实验室的用户1是教师角色"用户1想打开领导专用便携式计算机)根据授权策略和上下文来验证信任证书"不能满足安全控制策略"实验室移动网络环境进行-策略控制."该过程汇总出用户1获得服务需要的最少附加信任证书!领导信任证书$"并反馈给用户1)假如用户1提供了信任证书"移动网络环境就允许用户1访问指定授权的便携式笔记本计算机)假如用户1不能提供该信任证书"则系统将用基于风险的云信任模型进行-信任控制.过程)假设该具备教师角色的用户1能够提供一些被实验室领导或领导信任的用户的推荐信息和上下文信息时"移动网络环境将根据提供的这些信息计算得出用户1的可信度"用以比较系统设置的信任阀值来决策是否允许用户1打开领导专用的便携式计算机)隐私保护的移动网络服务%用户/被分配以访问人员角色"使用具备蓝牙接口的移动网络设备!未被授权$不能得到一些服务"如实验室的门不会为他打开)但他可以获得基本的服务"如使用移动设备订取免费茶水)领导离开自己的实验室!移动网络环境$"他也不能得到文件打印服务)如果一个用户,用智能终端想获得一些服务"虽然他也在实验室门口"但是他不具备实验室人员的信任证书"因此实验室人员角色不能被激活"办公室门不会为他打开)此时"智能门禁系统进行-信任控制.)假设用户,的智能终端能够提供一些被实验室角色或实验室角色信任的用户的信任推荐和上下文信息时"智能门禁系统将根据提供的这些信息计算得出用户,的可信程度"用以比较门禁系统预设的信任阀值来决策是否允许用户,进入实验室)同样"用户,进入实验室后"上下文将随着改变"将进行新的访问控制决策)用户,对于实验室移动网络环境来说是一个陌生用户"根据提出的智能访问控制方法"不可能访问未被授权的资源和服务"而且对于部分公共服务也是受限的访问)因而实现了移动网络服务的隐私保护功能)K4!(原型模拟结果及分析通过对原型和应用过程的分析"可知该智能访问控制方法采用基于角色的层次结构"能够有效的减少复杂性和安全管理机构的开销)它利用上下文来设计了用户间的动态关联性)随着上下文信息的改变"用户的角色也将随着动态变化)通过这些设计"该访问控制机制提供了一个弹性&方便和高安全的访问资源服务框架)角色控制和策略控制是两个基本过程用以支持用户访问资源的信任证书)这!个操作解决了用户访问指定资源的先验最少信任证书的问题)而且"信任管理器牵涉到移动网络环境不同域之间的用户相互访问的不确定性)因此采用了基于信任的访问控制来为当前环境中的陌生用户提供尽可能多的访问服务)#(结束语本文讨论了移动网络环境下基于角色&上下文和信任的访问控制的优势"结合基于云模型的风险发生器算法"呈现了一个安全可靠的智能访问控制方法来解决移动网络环境中的风险和访问控制问题)虽然该智能访问控制方法被设计来应用在移动网络环境中"但它还不是一个完善的安全访问控制模型)仍然有许多工作需要做"比如形式化定义访问控制方法等)参考文献'3(2林闯$封富君$李俊山4新型网络环境下的访问控制技术'+(4软件学报$!"")$3(!0")#&&$#''4'!(2窦文阳$王小明$吴茜$等4普适环境下的模糊访问控制模型研究'+(4计算机应用研究$!""($!&!3!")%)!"$%)!0$%)%(4'%(2,]^Y:^X.]^7+$_]^X`W$-P:^:Y1-1^-$B G <A4-B I FH89@I?9G B U G$<R<H B<EEA8I<G8?9O FO89@B9N8H?9D B9GH?A B O',(Z Z5H?I?C G>B'G>1,7-K D E?O8FD?91I I B O O,?9G H?A7?JB A O<9J.B I>9?A?@8B O!-1,71.*"3"4Y8H@898$<)1,75H B O O$!""3)3"$!"4'0(21_$7M T.1W:+$P1^X1^1.T1^1$,175/;__P$B G<A4,B H QB H FO)<I?9G B U G$<R<H B O B I FH8G K O I>B D B C?H O D<H GO E<I B O',(Z Z5H?I4?C G>B3*O G:;;;199F<A,?9C B H B9I B?95B H N<O8N B,?D EFG89@<9J,?D D F98I<G8?9O4\?H G`?H G>.B U<O4`<O>89@G?9$W,$M-1):;;;,?D EFG B H-?I8B G K$!""%)0(#$0#'4'&(2T M+$`;1Y;P1,41JK9<D8I$I?9G B U G$<R<H B O B I FH8$G K89C H<O G H FI G FH BC?HJ8O G H8QFG B J>B<A G>I<H B<EEA8I<G8?9O//22222222重庆邮电大学学报!自然科学版$22222222222第!3卷',(Z Z 5H ?I 4?C G >B 3*O G `?H SO >?E ?95B H N <O 8N B 5H 8N <I K -B I FH 8G K $5H 8N <I K $<9J .H FO G 4/?O G ?9)M 98N B H O 8G K?C Y 8H $@898<$!""04''(2张建风$徐艳丽$王汝传$等4网格环境下基于上下文和角色的访问控制'+(4计算机科学$!""($%&!33")!)"$!)3$!(#4')(2张立臣$王小明4普适计算环境下的动态访问控制模型'+(4计算机应用$!""($!(!(")3#%3$3#%&4'((2_:\B 9@>F<$`1^X`B 8$71+8<9V C B 9@$B G <A 41I G 8?9$/<O B J 1I I B O O ,?9G H ?A 7?JB A '+(4,>89B O B+?FH 9<A ?C ;$A B I G H ?98I O$!""($3)!%")%#'$0"34'#(2李德毅$杜 4不确定性人工智能'7(4北京)国防工业出版社$!""&4作者简介马彬!3#)($"$男$四川南溪人$讲师$硕士$主要研究方向为访问控制&信任管理&无线传感器网络等%;$D <8A )D <Q89a I LFEG 4B JF4I 9%谢显中!3#''$"$男$四川南充人$博士$教授$主要研究方向为无线网络安全&感知无线电等%;$D <8A )U 8B U =aI LFEG 4B JF4I 9%!编辑 魏琴芳"第十二届中国机器学习会议征2文2通2知!*"*年,月L M ,日 济南@4:"!<4347013%02:/:0A :%0N1A 470:O :1/0705E .5.;<L M , !*"* -7010第十二届中国机器学习会议!,,7_!"3"$由中国人工智能学会机器学习专业委员会和中国计算机学会人工智能与模式识别专业委员会联合主办"山东大学承办"河北大学协办)该系列会议每两年举行一次"现已成为国内机器学习界最主要的学术活动)此次会议将为机器学习及相关研究领域的学者交流最新研究成果&进行广泛的学术讨论提供便利"并且将邀请国内机器学习领域的著名学者做精彩报告)征稿范围!征求但不限于如下主题$3$机器学习的新理论&新技术与新应用#!$人类学习的计算模型#%$计算学习理论#0$监督学习#&$非监督学习#'$半监督学习#)$强化学习#($多示例学习##$神经网络#3"$集成学习#33$多策略学习#3!$特征选择#3%$流形学习与降维#30$基于案例的推理#3&$增量学习与在线学习#3'$对复杂结构数据的学习#3)$增强学习系统可理解性#3($数据挖掘与知识发现#3#$聚类#!"$生物特征识别#!3$进化计算#!!$人工生命#!%$模糊集与粗糙集#!0$多1@B 9G 系统中的学习#!&$模式识别#!'$信息检索#!)$生物信息学#!($语音&图像处理与理解#!#$自然语言理解)投稿要求3$论文必须未公开发表过"一般不超过'"""字#只接受中文稿#!$论文应包括题目&作者姓名&作者单位&摘要&关键字&正文和参考文献#另附作者通讯地址&邮编&电话或传真及;V D <8A 地址#%$参选优秀学生论文的稿件请注明!须由在校博士生&硕士生或本科生为第一作者"在稿件最后注明-参选优秀学生论文.字样$#0$本会议采用在线投稿方式"网站网址为%>G G E %Z Z I I D A !"3"4O JF4B JF4I 9#&$会议咨询电话%"&%30((%#3%')#'$邮件地址%I I D A !"3"aO JF4B JF4I 9)重要日期3$全文投稿%!"3"年3月!"日#!$录用通知%!"3"年0月3&日#%$召开日期%!"3"年(月'日0(日)论文出版会议录用论文将被推荐到1计算机研究与发展2&1模式识别与人工智能2&1山东大学学报2!工学版$&1计算机工程与应用2&1广西师范大学学报2&1广西大学学报2等期刊的正刊上发表)会议还将评选优秀论文奖与优秀学生论文奖"并颁发证书和奖品)/&/第0期马2彬"等%一种新的基于风险的智能访问控制方法。