空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
食品大数据应用综述
食品大数据应用综述陶启12,李伟#，4,丁红卫12,崔晓晖*12（1.武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，湖北武汉430072；2.武汉大学国家网络安全学院，湖北武汉430072；3.江南大学人工智能与计算机学院，江苏无锡214122；4.江南大学江苏省媒体设计与软件技术重点实验室，江苏无锡214122）摘要：大数据技术是指从各类数据中快速获得有价值信息的能力#大数据技术方兴未艾，为食品科学提供了一种全新的思维方式和分析方法,可以提升食品科学在食品追踪溯源、食物配对、食谱推荐、食品安全、食品生产管控、用户食品偏好、未来食品分析上的预测性以及准确性，然而在大数据应用系统中存在数据缺失、难以辨真伪等挑战。
本文中阐述了食品大数据的应用现状，分析了其面临的挑战并讨论可行性解决方案，展望了食品大数据未来发展趋势。
本文作者的目的是希望食％大数据领域研究者在本文研究基础上，继续从大数据角度为食％科学添砖加瓦，并根据未来食品发展趋势，实现食品科学提升#关键词：食品大数据；食品追踪溯源:食物配对;食％安全:食品生产管控中图分类号:TP3993章编号:1673-1689(2020)12-0001-05DOI：10.3969/j.issn.1673-1689.2020.12.001A Review of Big Data Application in Food Industry*1,2TAO Qi1,2,LI Wei3,4,DING Hongwei1,2,CUI Xiaohui(1.Key Laboratory of Aerospace Information Security and Trusted Computing,Ministry of Education,Wuhan University,Wuhan430072,China; 2.School of Cyber Science and Engineering,Wuhan University,Wuhan 430072,China;3.School of Artificial Intelligence and Computer Science,Jiangnan University,Wuxi214122,China; 4.Jiangsu Key Laboratory of Media Design and Software Technology,Jiangnan University,Wuxi214122,China)Abstract:Big data technology refers to the ability to quickly obtain valuable information from various types of data.Big data technology is developing to make food science serve people better, which provides a new success insight and a scientific analysis strategy for food science,which can improve the performance of food science in food tracing,food matching,recipe recommendation, food safety,food producing management,food preference,and predictability and accuracy of food analysis in future.However,there are some challenges in big data application,such as data loss and difficulty to distinguish authenticity.This review introduced the application of big data in food industry,analyzed the challenges and the feasible solutions,and prospect tendency of food big data. Food scientists in the research area of food big data are encouraged to do further study based on our survey,contributing to food science from the perspective of big data and realizing the improvementof food science according to the future development trend of food.Keywords:food big data,food tracing,food matching,food safety,food producing management收稿日期：2020-06-01基金项目：国家&十三五’重点研发计划项目(2018YFC1604000)；中央高校基本科研项目(2042017gf0035,2042019kf0268)。
PDA计算平台系统结构与安全机制说明书
《计算机学报》2010年第1期，33卷1期可信PDA计算平台系统结构与安全机制∗赵波1，2张焕国1，2李晶1，2陈璐1，2文松1，21(武汉大学 计算机学院 湖北武汉 430079)2(空天信息安全与可信计算教育部重点实验室 湖北武汉 430079)The System architecture and Security structure of Trusted PDABo Zhao 1,2 Huanguo Zhang 1,2 Li Jing 1,2 Chen Lu 1,2 Wen song 1,21(Computer School, Wuhan University, Hubei, China)2(State Key Lab of Software Engineering, Wuhan University, Hubei, China)E-mail:**************.cn摘要：PDA作为一种手持设备，面临着众多的安全问题。
本文介绍利用可信计算思想构造了可信PDA的体系结构与安全机制。
文中提出了一种带数据恢复功能的星型信任结构，其在安全性、效率及可靠性等方面较TCG的链式信任结构都有很大提升。
在此基础上，进一步使用总线仲裁等技术构造了可信PDA的体系结构模型。
文中还提出并实现了针对可信PDA嵌入式操作系统的安全增强、基于可信PDA平台的可信网络连接（TNC）以及SD卡全盘加密等新的安全技术与方法。
在此基础上，研制出我国第一款可信PDA的原型系统。
经过实验验证，这款可信PDA在各方面都达到了可信计算平台的技术要求。
关键词：可信计算；可信计算平台；可信PDA；星型信任结构Abstract PDA as a handheld device, faced with a number of security issues. This article describes the Trusted PDA architecture and security mechanism by using the method of Trusted Computing. This paper proposes a “star-style” chain of trusted structure with data recovery functions, and it owns more safety, efficiency and reliability than the TCG trust structure .On this basis, the further use of technologies such as bus arbitration system constructed a trusted structural model of PDA. The paper also proposed and implemented a security enhanced embedded operating system for the trusted PDA. Based on trusted platform ,Trusted Network Connect (TNC), as well as SD cards full-disk encryption and other new security technologies and methods can be solved. On this basis, we developed the first trusted PDA-prototype system in China. After experimental verification, this PDA has reached all aspects of the technical requirements of the Trusted Computing Platform.Keywords: trusted computing, trusted computing platform, trusted PDA, star-style chain of trusted structure中图分类号：TP309 文献标识码：A0、引言长期以来，很多人认为PDA系统的软件是固化在硬件芯片里面的，不存在被攻击的可能性，因此对于PDA系统的安全问题，业界并没有给予重视和研究。
量子计算复杂性理论综述_张焕国
摘 要 量子计算复杂性理论是量子计算机科学的基础理论之一，对量子环境下的算法设计和问题求解具有指导意义。 因此，本文对量子计算复杂性理论进行了综述。首先，介绍了各种量子图灵机模型及它们之间的关系。其次，量子计算复 杂性是指在量子环境下对于某个问题求解的困难程度，包含问题复杂性、算法复杂性等。于是，本文介绍了量子问题复杂 性、量子线路复杂性、量子算法复杂性，并且介绍了量子基本运算和 Shor 算法的优化实现。第三，格被看做是一种具有周 期性结构的 n 维点空间集合。格密码有很多优势，包括具有抗量子计算的潜力，格算法具有简单易实现、高效性、可并行 性特点，格密码已经被证明在最坏条件下和平均条件下具有同等的安全性。因此本文介绍了格的困难问题，以及主要的格 密码方案现状。最后，对今后值得研究的一些重要问题和量子计算环境下的密码设计与分析给出了展望。 关键词 量子计算;量子图灵机;量子计算复杂性;量子线路;量子环境下的密码 中图法分类号 TP301 论文引用格式 张焕国,毛少武,吴万青,吴朔媚,刘金会,王后珍,贾建卫, 量子计算复杂性理论综述，2016，Vol.39：在线出版号 No.64 Zhang Huan-Guo,Mao Shao-Wu,Wu Wan-Qing,Wu Suo-Mei, Overview of Quantum Computation Complexity Theory, Chinese Journal of Computers,2016, Vol.39: Online Publishing No.64
大 D-Wave 公司推出世界上首台 128 量子位商用量 子计算机 D-Wave One 系统。著名军火商洛克希德 马丁公司以 1000 万美元/台购买了 D-Wave One 用 于 F35 战机分析，新武器开发和航天航空器系统 测试等。2013 年初，加拿大 D-Wave 公司又推出 512 量子位的 D-Wave Two。谷歌公司以 1500 万美 元/台购买了 D-Wave Two 用于加速信息搜索的速 度和人工智能。但是加拿大 D-Wave 公司推出的 DWave 系列量子计算机是专用型的量子计算机，不 是通用型的，只能处理某些特定的问题。2001 年 IBM 公司率先研制成功了 7qbit 的示例性通用量子 计算机。证明了量子计算机原理的正确性和可行 性。2011 年 9 月，Nature 撰文指出 UCSB 团队通 过量子电路成功实现了冯诺依曼结构的 9 个量子 位的量子计算机。2012 年 IBM 在美国物理年会上 公布声称找到了可以大规模提升量子计算机规模 的一种关键技术。2013 年美国 MIT 报告指出微软 公司早在十年前就与加州大学圣巴巴拉分校合作 开始研究量子计算机。2014 年 4 月，科学家获得 110 量子位的纠缠态远高于以前的 11 量子位。 2014 年 9 月 3 日谷歌公司宣布投资 50 亿美元与 UCSB 的研究团队联合研制量子计算机。 综上所述，虽然量子计算机离大规模使用还 有很长的距离。但是，一旦大规模的量子计算机 成为现实，现有的许多公钥密码将不再安全。量 子计算时代我们使用什么密码，是摆在我国面前 的一个十分紧迫的重大战略问题！这样就迫切需 要研究能抵御量子计算的新型密码。抗量子计算 [12] 的密码主要包括以下几类 :(1) 基于量子物理的 [14-19] [20-22] 量子密码 ；(2)基于生物学的 DNA 密码 ； (3) 基于量子计算不擅长计算的数学问题构建的 [23-26] 密码 。量子计算复杂性理论是量子密码体制安 全性的理论基础，也是构造现代量子密码体制的 理论依据。它给出求解一个问题是容易还是困难 的依据，并由此对问题和算法的复杂性进行分 类，进而根据困难问题设计量子计算环境下的安 全密码。 [27] 由于量子计算机具有并行性 ，所以它在许 [28] 多方面具有比电子计算机更强大的计算能力 。 这使得现在广泛应用的许多密码在量子计算环境 [4,11,39,30] 下将不再安全 。量子计算复杂性理论是量 [31] 子计算机科学的基础理论之一 ，对量子环境下 的算法设计和问题求解具有指导意义。因此，量 子计算复杂性理论成为量子环境下密码安全的理 论基础。本文对量子计算复杂性理论进行了综 述。介绍了各种量子图灵机模型及它们之间的关 系，并进行了量子线路模型与量子图灵机的比 较。详细讨论了量子计算复杂性，包括量子算法 复杂性，问题复杂性和量子线路复杂性。特别提 出了一种新的量子计算数据复杂性。最后，对今
第十六讲 对称密码密钥管理 武汉大学 密码学
三、传统密码的密钥管理
2、密钥产生
②二级密钥的产生
z 可以象产生主密钥那样产生真随机的二级密钥。 z 在主密钥产生后，也可借助于主密钥和一个强的密码算法来 产生二级密钥。 z 设RN1和RN2是真随机数，RN3是随机数，然后分别以它们为 密钥对一个序数进行四层加密，产生出二级密钥KN 。 KN＝E(E(E(E(i，RN1)，RN2)，RN1)，RN3) z 要想根据序数 i 预测出密钥 KN ，必须同时知道两个真随机数 RN1，RN2和一个随机数RN3，这是极困难的。
三、传统密码的密钥管理
2、密钥分配 zDiffie-Hellman密钥分配协议
安全性 x x 攻击一：截获 y A = α A mod p 和 y B = α B mod p ，求出私钥xA 和xB。但需要求解离散对数问题，这是困难的。 攻击二：通过截获的yA和yB直接求出密钥 K = α x A xB mod p ， 问题的困难性尚未被证明， 人们普遍认为它是困难的 ， 并把这一观点称为Diffie-Hellman假设。 中间人攻击：攻击者冒充A 与B联系获得一个共享密钥、 冒充B与A联系获得一个共享密钥，从而获得A和B之间的 信息。攻击性像位于A 和 B中间的一个“二传手”，所以称 为中间人攻击。 32
一、密钥管理的概念
z 密钥管理是一个很困难的问题。 z 历史表明，从密钥管理环节窃取秘密，要比 单纯从破译密码算法窃取秘密所花的代价小 得多。 z 在密码算法确定之后，密钥管理就成为密码 应用中最重要的问题！
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二、密钥管理的原则
z 区分密钥管理的策略和机制
策略是密钥管理系统的高级指导。策略重在原则指导，而 不重在具体实现。策略通常是原则的、简单明确的。 机制是实现和执行策略的技术和方法。机制是具体的、复 杂繁琐的。 没有好的管理策略，再好的机制也不能确保密钥的安全。 相反，没有好的机制，再好的策略也没有实际意义。
可信系统信任链研究综述
可信系统信任链研究综述徐明迪;张焕国;张帆;杨连嘉【摘要】信任链是实施可信系统的关键技术之一，本文从信任链理论和应用系统出发，介绍了研究信任链理论的典型模型及近年来的研究进展，包括基于无干扰理论的信任链传递模型和基于组合安全理论的信任链模型，详细阐述了这两种信任链理论模型的优势和不足。
介绍了基于静态信任根和动态信任根的信任链应用系统的研究状况，介绍了信任链远程证明技术，介绍了云计算环境下的信任链应用系统，对信任链应用系统存在的安全缺陷以及一致性和安全性测评方法进行了分析论述，并展望了该领域未来的发展趋势。
%Chain of trust (CoT) is one of the key technologies for constructing trusted system .As viewed from theories and application systems of CoT ,this paper introduced several representative models and the latest investigations including noninterfer-ence-based CoT theory and composition security-based CoT theory firstly .Afterward ,this paper expatiated advantage and shortage of two CoT theories indetail .Secondly ,this paper introduced the development of application systems comprising static CoT and dy-namic CoT ,and analyzed the remote attestation technology of chain of trust ,and presented the CoT systems in cloud computing en-vironment ,and analyzed the security deficiency of those systems ,and then discussed the conformance testing and security evaluation for CoT application system .Finally ,this paper put forward the research and development trend for CoT .【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2014(000)010【总页数】8页(P2024-2031)【关键词】可信计算;信任链理论;无干扰理论;组合安全理论;静态信任链;动态信任链;信任链应用系统安全【作者】徐明迪;张焕国;张帆;杨连嘉【作者单位】武汉数字工程研究所，湖北武汉 430205;空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，湖北武汉430072;杭州电子科技大学通信工程学院，浙江杭州 310018;武汉数字工程研究所，湖北武汉 430205【正文语种】中文【中图分类】TP309.11 引言自2003年可信计算组织(Trusted Computing Group，TCG)成立以来，可信计算取得了长足的发展［1］.目前，可信计算已经成为信息系统安全的支撑技术之一，具有重要的地位.例如，在云计算等新型计算环境中，将可信计算技术融入其中，以可信赖的方式提供安全服务已经成为构建云安全基础设施的重要方法［2］.可信计算具有度量、存储和报告三大基本功能.其中，度量功能又是上述三大功能的基础.实现度量功能的关键理论和技术是TCG所定义的信任链［1］.因此，信任链在可信计算中具有核心基础地位.信任链的建立与传递涉及到三个基本概念［3］:信任根、信任传递和可信度量.其中，信任根是系统可信的锚节点(Anchor Node)，从信任根开始，通过完整性度量和完整性存储技术对代码的可信赖性进行度量和记录，实现信任的链式传递，并最终将从信任根扩大到整个系统.之后，利用完整性报告技术实现信任从终端到网络的传递.鉴于信任链的重要地位，近年来，国内外学术界和工业界对其展开了广泛而深入的研究.大量的工作发表在 Oakland、CCS、USENIX Security等顶级会议上［4～14］.在已有的工作中，研究人员在信任链传递模型［3，15，16］、信任链构建技术［17，18］、信任链远程证明［17，19］、信任链系统测评［16，20］等方面取得了丰硕的成果.其中，信任链理论模型逐步从传递无干扰理论［21］向非传递无干扰理论［22］的方向发展，信任链无干扰信息流分析逐渐从特定无干扰属性的建模验证［23］向广义非传递无干扰属性的自动化验证［24］方向发展.信任链构建技术从静态信任链［9］向动态信任链［25］、虚拟平台信任链［26］、云计算平台信任链［27］等新型计算环境下的信任链构建技术方向发展.信任链远程证明技术从二进制远程证明［9］向基于属性的远程证明［28］、基于语义和特定应用场景的远程证明［17，19］方向发展.信任链系统测评从对信任链规范一致性测评［29］向抽象协议验证、信任链关键运行机制逻辑分析［12，30，31］的方向发展等.在信任链的产业实现与应用方面:TCG陆续发布了PC、服务器、移动平台、虚拟化的信任链规范.我国制定了一系列具有创新结构的可信计算标准和信任链规范［1］.微软的Win8操作系统全面支持可信计算，全磁盘加密技术BitLocker运用信任链技术实现对卷主密钥的保护.AMD、Intel先后发布了支持动态可信度量根的处理器产品.可信计算开源项目tgrub、tboot分别实现了代表性的可信计算静态和动态信任链系统.完整性度量架构(Integrity Measurement Architecture，IMA)作为目前最为实用的完整性度量方案，已经集成到Linux内核中.华为、中标软、Intel也先后推出了可信云系统，通过全信任链确保云计算基础设施安全.根据TCG信任链理论与技术的十余年发展，本文对信任链的无干扰理论和组合安全理论进行了论述和总结，对静态信任链系统和动态信任链系统的优点和不足进行了分析，对信任链应用系统的安全缺陷和安全测评进行了探讨，力求对信任链理论与技术的研究发展进行客观和全面的介绍.2 基于无干扰理论的信任链模型根据可信计算组织TCG对于可信的行为学定义，可信的判定问题本质上可以归结为实体的真实行为与实体的预期行为之间的无干扰分析的问题，因此无干扰模型［32］成为目前信任链中信任传递分析的重要工具之一.2.1 基于传递和非传递无干扰的信任链模型近年来，无干扰模型在可信计算领域得到了广泛的应用.沈昌祥院士领导的研究团队［21，22，33，34］利用无干扰模型来分析进程和信任链组件传递的安全性.赵佳［33］建立了基于传递无干扰理论的可信链模型，并给出了系统M可信的基本条件.张兴则提出了基于进程的无干扰可信模型［21］，利用传递无干扰研究进程动态运行时的可信性.张兴还指出［22］:信息流在组成信任链系统的各个安全域之间传递的时候必须是受限的，并提出了一种基于非传递无干扰模型的信任链安全性分析方法.秦晰提出了一种容忍非信任组件的可信终端模型［34］，通过域间无干扰给出了可信终端应满足的充分条件，尝试解决可信系统中应用非可信组件的问题. 围绕信任链完整性度量的有效性问题，邱罡提出了一种基于操作无干扰的完整性度量模型［35］，从动态的角度对系统的运行完整性进行度量.针对可信系统应满足的完整性无干扰条件，张帆给出了完整性条件下的无干扰模型［36］，将软件动态行为视为原子行为的时序序列，给出软件动态行为在传递和非传递安全策略控制下可信性分析的判定条件.石文昌［37］认为TCG描述的信任链是粗粒度的，提出了对TCG信任链进行细粒度划分的思路.如表1所示，NTCM模型(Noninterference-based Trusted Chain Model)以Rushby无干扰模型中的输出隔离性质和单步隔离性质为基础，描述了可信进程、可信状态和可信传递性质，将Rushby无干扰模型的域映射到进程.NITM模型(NonInterference Trusted Model)则强调了进程间切换时可信验证的重要性，通过Rushby的状态机模型对操作完整性和系统完整性传递进行了严格定义，与NTCM模型在本质上是相同的，都是从传递无干扰的角度给出了系统M运行可信的条件.Rushby曾指出:传递无干扰只是非传递无干扰的一个特例［32］.基于传递无干扰的信任链理论在实际使用中是受限的.文献［22］则给出了信任链非传递无干扰的条件，更加清楚地体现了TCG信任链只能逐层传递，而不能跨层传递的思想.表1 基于无干扰理论的信任链传递模型①系统M从可信根开始运行②系统M中的进程满足单步隔离性和输出隔离性③系统M满足可信传递性质①进程 p满足单步隔离性和输出隔离性②进程满足可信验证，验证函数verify(p，q)=ture①视图隔离系统M满足输出一致性，弱单步一致性和局部干扰性②系统域间满足非传递无干扰①可信域DT是运行可信的②(NIO⊂NT)∧(NIO⊄NN)③NT∩write(DN)= 2.2 基于无干扰理论研究信任链模型的进一步探讨利用无干扰理论研究信任链安全性具有固有的优点，但也存在一些开放问题需要进一步研究.(1)无干扰属性难以进行验证Rushby给出了非传递无干扰的形式系统及其验证定理，但是该验证定理在实践中却是难以应用的.其最主要的原因是Rushby的形式系统中的弱单步一致性和局部无干扰性并不是递归的形式，这使得难以构造相应的验证算法［32］.Eggert指出，相对于传递无干扰，非传递无干扰的自动化验证工作［38］相当少见.近年来，研究人员也在尝试解决上述问题.国内的周从华分别采用量化布尔公式求解［24］和Petri网可达图求解［39］作为工具，对广义非传递无干扰的验证问题进行了研究.但这些工作仍然存在改进的空间，如文献［24］在特殊的情况下计算量过大，且不能应用于半建模的系统等.寻求有效的无干扰属性验证方法将促进无干扰模型在实际中的应用.(2)物理意义不明显Rushby所给出的非传递无干扰形式系统基于三条基本属性.但是，三条基本属性的物理意义并不明显.以弱单步一致性为例，弱单步一致性要求，在这种情况下才会有step(t，a).那么上述式子中状态s和t的含义是什么?与传递无干扰相比，非传递无干扰与传递无干扰的差别仅仅是的含义是什么?为什么sdom～(a)t会造成两者根本的区别?经研究发现，对上述问题的研究有助于寻求有效的无干扰属性验证方法，且促进无干扰在信任链模型实践当中的应用［20］.3 基于组合安全理论的信任链模型信任链是多个子系统组成的组合系统，Deepak指出［31］，在单个子系统满足安全属性的前提下，多个子系统组合而成的复合系统是否仍然满足给定的安全属性?研究人员对SRTM/DRTM信任链构建机制、PCR(Platform Configuration Register)扩展机制、远程证明机制的安全性质开展了研究.3.1 基于可组合安全理论的信任链模型从保护数据机密性的角度出发，组合安全问题被认为是可信计算的另外一个主要科学问题［24］.可组合安全性最早被McCullough在分析组合系统安全性时提出［40］.单个组件是安全的，组合之后的系统也会出现不满足既定的端到端的安全属性的情况［31］.文献［16，29］指出:信任链组合系统不应出现直接或间接的信息泄露.要获得一个组合安全系统的构成需要对组合算子进行扩展，以便将两个系统通过并行方式进行语义操作，并同步内部互补动作.Focardi［41］提出使用并行算子和限制算子来实现安全进程代数中组合算子的功能.针对静态可信度量根(Static Root of Trust for Measurement，SRTM)和动态可信度量根(Dynamic Root of Trust for Measurement，DRTM)的信任链形式化建模和证明问题，Deepak［4，30］提出了基于协议组合逻辑和线性时序逻辑的形式化框架(Logic of Secure System，LS2)，用于对可信系统的架构层和实现层进行建模和分析，LS2包括标准的进程演算原语和强制性构造语句，对可信系统的描述更加接近实际系统.针对可信计算信任链系统接口层的抽象问题，Deepak还对rely-guarantee推理进行扩展并提出了assume-guarantee推理［31］，基于并发编程逻辑和迹语义对可信系统的机密性、完整性和认证性等安全属性进行了描述和推理.常德显给出了基于扩展LS2的可信虚拟平台信任传递模型［42］.Delaune 则针对PCR的扩展机制进行了理论分析［12］.如表2所示，策略不可推断模型(Non Deducibility on Strategies，NDS)［43］是一类很强的可组合安全性质.NDS本质上强调了低安全级进程无法从视图中推断出高安全级进程的运行策略.文献［23］提出的可组合的强互模拟不可推断模型(Strong Bisimulation Non Deducibility on Composition，SBNDC)表示从低安全级进程的观察中得不到任何高安全级的信息.NDS和SBNDC都是无干扰理论的扩展和延伸，属于模型检验方法.文献［4，30］从安全协议的角度对SRTM和DRTM的正确性进行证明，通过LS2系统进行建模，从严格时序约束和谓词约束的角度对SRTM/DRTM协议参与者应满足的条件进行限定，通过定理证明的方式给出了几种攻击下SRTM和DRTM依然保持正确性属性的条件.与NDS和SBNDC模型相比，LS2模型更侧重系统的严格时序性建模，但缺乏对信息流安全属性的定义.3.2 基于组合安全理论研究信任链模型的进一步探讨对信任链组合系统进行安全性分析的难点在于对组合系统以及安全属性的形式化定义.Schneider认为，属性和系统都是迹集合，属性对于系统是可保持的当且仅当系统是属性的一个细化［44］.Abadi和 Lamport在此框架之上加入了规范的概念，遵从规范预期行为的迹集合和违反系统输入约束的迹集合.但是，基于迹语义对于安全属性是难以表达的.NDS和SBNDC模型从安全语义的角度给出了低安全级进程不会推断出高安全级进程行为的充要条件.信任链组合系统还包含了点积、串行和反馈等动作，这些为信任链复合系统的安全属性研究提供了一个新的视角. 在信任链系统的定理证明类方法方面，文献［17］指出:相比模型检验方法，基于定理证明的可信计算安全机制分析还处于起步阶段，对现有可信计算技术实际运用中的一些具体问题，包括信任链远程证明协议、直接匿名证明(Direct Anonymous Attestation，DAA)协议等，尚未出现令人信服的研究成果.对DAA协议、可信虚拟平台等较为复杂的分析对象，现有的形式化描述方法与安全属性定义［45］还不够完善，对定理证明类方法在可信计算领域的运用还有待探讨.表2 组合安全理论下的信任链传递模型［Verifier(m)tb，teV对于任意长度为n的低安全级视图λ与高安全级进程长度为n的策略保持一致.①基于迹语义的组合安全属性:E/ActH≈T((E|II)\H)/ActH②基于互模拟语义的组合安全属性:E/ActH≈B(E|II)\ActH③信任链组合系统E的ActH集合中的元素对偶和Sy集合满足双射关系:E→—μE'，E'→—hE″⇒E'\ActH≈BE″\ActH①Reset(m，tR，X)②∃TPM(m).Read(TPM(m)，tRe，m.PCR(s)，seq(0，BL，OS))③Call(X，tBL，BL(m))④∀t∀Y.(tR＜t＜tRe)⊃⏋Reset(t，m，Y)∃J，tX，tE，tN，tL，tC，n.∧(tL＜tC＜tE＜tX＜te)∧(tb＜tN＜tE)∧(New(V，n)@tN)∧(LateLaunch(m，J)@tL)∧(⏋LateLaunch(m)on(tL，tX］)∧(⏋Reset(m)on(tL，tX］)∧(Jump(J，P(m))@tC)∧(⏋Jump(J)@(tL，tC］)∧(Eval(J，f)@tE)∧(Extend(J，m，dpcr.k，EOL)@tX)∧(⏋Eval(J，f)@(tC，tE))∧(⏋Eval(J，f)@(tE，tX］)∧(⏋IsLocked(m，dpcr.k，J)on(tL，tX ］)4 信任链应用系统信任链应用系统从实现上分为静态信任链系统和动态信任链系统，后者更多地被用于构建可信云计算平台.基于平台架构的攻击对信任链系统具有较大破坏作用.现有的信任链应用系统在具体实现与规范说明之间存在较大差异.4.1 基于静态信任根的信任链应用系统国内外众多学者在信任链应用系统方面进行了不懈努力，出现了一些具有代表性的基于静态信任根的信任链应用系统，如Trusted GRUB系统、完整性度量架构IMA［9］、Daoli云计算基础设施安全系统［1］、ISCAS 信任链系统［17］等.表3给出了三种静态信任链应用系统的对比说明.表3 三种静态信任链应用系统对比Trusted GRUB ①支持第一代GRUB信任链传递的系统②支持对用户指定的任意文件进行完整性度量①不支持第二代GRUB②过于依赖INT 1A中断提供的可信计算服务，存在着BIOS攻击安全问题IMA①Linux下的完整性度量架构，将信任链扩展至操作系统和应用程序②支持对Linux内核模块、可执行程序、动态链接库和脚本文件的完整性度量①加载时刻度量，不能精确反映程序的运行时刻行为②需要完全信任软件度量列表，缺少可信第三方验证Daoli①支持第一代GRUB全信任链度量的系统，可创建软件层的SML②信任链可传递至Xen和VM①对GRUB的全信任链度量存在着和Trusted GRUB系统类似的安全隐患除上述系统外，也出现了其它信任链应用系统.如文献［1］提出的并在移动终端中得到实际应用的星型信任链系统，IBM研究人员设计实现的TPod可信引导、GNU组织实现的可信启动补丁.Zhen提出使用U-Key来保证普通计算机启动的可信性［5］等，李晓勇［46］提出了Windows平台下的动态多路径信任链.4.2 基于动态信任根的信任链应用系统Kauer针对SRTM存在的安全问题，提出了使用DRTM来缩短信任链并简化TCB ［10］，通过增加SKINIT指令来实现对启动过程进行认证，使用SKINIT指令来创建DRTM，替代了基于BIOS的SRTM和信任链.Kauer还开发出了针对AMD处理器的原型系统，对多重引导器中的所有引导模块进行度量，并通过locality2将度量结果存储到 PCR19.McCune提出了 Flicker保护框架［25］，该框架不需要信任 BIOS、OS以及支持 DMA的设备，TCB仅包含了可信平台模块(Trusted Platform Module，TPM)、芯片组、CPU和安全敏感代码(Piece of Application Logic，PAL)，并保证PAL被执行在一个完全隔离的环境，提供细粒度的代码执行证明.Intel开发了可信启动系统tboot，与普通的Linux度量过程不同的是，tboot在度量Linux内核之前度量Xen的完整性.这三种动态信任链应用系统之间的对比见表4.表4 三种动态信任链应用系统对比OSLO①实现动态完整性度量的系统，支持AMD平台，简化后的TCB不需要包含BIOS和bootloader②可防范BootLoader攻击、TPM重启攻击和BIOS攻击③支持DMA保护和创建ACPI event-log①仅用于对Linux 多重引导器的认证启动Flicker flicker module Trusted Boot ①通过Intel TXT技术度量内核或虚拟机监控器，比传统GRUB启动更加安全①在BIOS、OS和DMA设备都不可信的情况下，仍然可以保证敏感代码执行的隔离安全②相比OSLO的TCB，Flicker实现了最小化TCB①需要应用开发人员提供PAL，并定义PAL与应用之间的接口②需要在Linux内核中增加额外的①预存在chipset中的公钥杂凑值难以更换，认证代码模块只能在特定硬件平台上运行4.3 信任链远程证明技术远程证明是信任链从终端到网络的延伸［17］.远程证明按照证明目标可分为平台完整性证明和平台身份证明［17］.信任链是平台完整性证明的重要基础.根据信任根的不同，平台完整性证明可分为基于静态信任根的平台完整性证明［9］和基于动态信任根的平台完整性证明［13，25］.根据证明方法的不同，平台完整性证明又可分为二进制证明［9］、基于属性的证明［28］、基于语义的证明［11］、基于策略模型的证明［47］等.具体关于信任链远程证明理论、系统和应用参见文献［1，17，19］.4.4 云计算环境下的信任链应用系统信任链在云计算等新型计算环境下的保护对象主要是数据安全和隐私保护.Sadeghi指出［48］，可信计算技术为云计算提供了可信的软件和硬件以及证明自身行为可信的机制，可以解决外包数据的机密性和完整性问题.在可信云计算环境构建研究方面，金海提出了在Xen中实现虚拟DRTM和虚拟LPC(Low Pin Count)总线的可信执行环境TEE(Trusted Execution Environment)［7］，用户可通过TEE在不可信的Guest OS中执行上下文敏感的应用程序.怀进鹏提出了一种基于虚拟机的动态完整性度量方案［49］.Juan提出了运行态数据完整性验证框架RunTest［8］，能够实时地对服务提供者的输入和输出数据的完整性进行一致性监控.Santos提出了可信云计算平台(Trusted Cloud Computing Platform，TCCP)［27］，TCCP 通过提供一个密封的计算环境以阻止对虚拟机的破坏、篡改和非法访问.在云计算可信服务研究方面，Schiffman实现了虚拟机验证器［50］，能够对虚拟机及其内部的应用程序进行动态完整性度量.陈海波实现了CHAOS系统［51］，该系统使得云用户能够确认云服务中虚拟机监控器的版本以及完整性.张逢喆提出了Dissolver系统［52］，进一步完善了用户数据在云端的全生命周期的隐私性保护协议.Intel公司推出了SGX(Software Guard eXtensions)技术，能够给用户态程序提供一个可信执行环境，为云计算环境下的信任链构建提供了更加明确的技术框架和解决思路.4.5 信任链应用系统安全缺陷TCG提出的SRTM和DRTM已经成为提升现有计算机体系结构安全性的主要技术.但是可信计算技术也成为了许多攻击者的攻击目标.SRTM难以防范 TOCTOU(Time of Check，Time of Use)攻击.Bear系统［53］、IMA 和 Trusted GRUB 在度量操作与加载操作之间都存在着时间窗口问题.利用Intel处理器的系统管理模式(System Management Mode，SMM)和系统管理中断(System Management Interrupt，SMI)对SRTM和DRTM的攻击也较为普遍，Wojtczuk给出了对TXT技术的攻击方法和针对tboot的演示系统［54］.4.6 信任链应用系统安全测评文献［20，29］对信任链系统展开了一致性测评，发现了国内外大部分可信计算产品并不符合规范说明，存在着可信度量根核(Core Root of Trust for Measurement，CRTM)内部没有平台证书的严重安全问题.文献［1］认为TCG的信任链结构存在的安全问题有:(1)根证书的缺失导致CRTM的安全性无法得到保障;(2)TCG信任链模型中存在信息流安全问题;(3)TCG信任链并没有从真正意义上实现安全度量和信任链恢复机制.5 总结与展望可信计算经过了十余年的发展，已经在构建基础性安全方面体现了其技术优势.信任链技术是实现可信系统的关键技术之一，受时代和技术发展的影响，其技术特点也在不断变化着，从上世纪侧重保护敏感信息的机密性，到本世纪TCG提出的以保护静态信息的完整性实现系统行为的可预期，再到虚拟化计算、云计算等新型计算环境下多种安全需求和应用模式对信任链技术提出的新挑战:软件动态可信度量和用户数据的隐私保护.同时，信任链也随着SRTM、DRTM、vTPM、TPM 2.0等新技术和新产品的出现而不断完善着.TCG的信任链对于增强信息系统安全起着关键作用，但是基于信任链构建的可信系统还存在着一些开放问题尚待解决:可信计算理论模型研究发展相对缓慢;缺少信任链的可信度量数学模型;缺少云计算环境下的信任链组合安全模型;信任链规范的安全性尚未得到充分验证;信任链体系结构存在安全缺陷等.这些问题制约着着可信计算信任链系统的应用、推广和普及，需要研究人员对其展开深入研究.特别地，伴随着云计算、物联网等新型计算模式和计算环境的出现，提炼信任链系统在新的情况下所出现的科学问题，并对其进行研究，具有更加迫切的意义.参考文献【相关文献】［1］张焕国，赵波.可信计算［M］.武汉:武汉大学出版社，2011.184 －193.Zhang Huan-guo，Zhao Bo.Trusted Computing［M］.Wuhan:Wuhan University Press，2011.184 －193.(in Chinese)［2］冯登国，张敏，张妍.云计算安全研究［J］.软件学报，2011，22(1):71 －83.Feng Deng-guo，Zhang Min，Zhang Yan.Study on cloud computing security ［J］.Journal of Software，2011，22(1):71 －83.(in Chinese)［3］谭良，徐志伟.基于可信计算平台的信任链传递研究进展［J］.计算机科学，2008，35(10):15 －18.Tan Liang，Xu Zhi-wei.Development of the transitive trusted chain based on TPM ［J］.Computer Science，2008，35(10):15 －18.(in Chinese)［4］Anupam D，Jason F，Deepak G，et al.A logic of secure systems and its application to trusted computing［A］.Proceedings of the 30th IEEE Symposium on Security and Privacy［C］.Washington，DC:IEEE Press，2009.221 －236.［5］Shuanghe P，Zhen H.Enhancing PCsecurity with a U-key［A］.Proceedings of the IEEE Symposium on Security and Privacy ［C］.Washington，DC:IEEE Press，2006.34 －39. ［6］ Wang Z，Jiang X.HyperSafe:a lightweight approach to provide lifetime hypervisor control-flow integrity［A］.Proceedings of the 31th IEEE Symposium on Security and Privacy［C］.Washington，DC:IEEE Press，2010.380 －395.［7］Weiqi D，Hai J，Deqing Z，et al.TEE:A virtual DRTM based execution environment for secure cloud-end computing［A］.Proceedings of the 17th ACM Conference on Computer and Communications Security［C］.New York:ACM Press，2010.663 －665. ［8］Juan D，Wei W，Xiaohui G，et al.RunTest:assuring integrity of dataflow processing in cloud computing infrastructures［A］.Proceedings of the ACM Symposium on Information，Computer and Communications Security［C］.Washington，DC:IEEE Press，2010.293 －304.［9］Sailer R，Zhang X L，Jaeger T，et al.Design and implementation of an tcg-based。
武汉大学《密码学》课件第二讲 密码学的基本概论
z 迭代：设计一个轮函数，然后迭代。 z 乘积：将几种密码联合应用。
28
三、古典密码
虽然用近代密码学的观点来看，许多古 典密码是很不安全的。但是我们不能忘记古 典密码在历史上发挥的巨大作用。
另外，编制古典密码的基本方法对于编制 近代密码仍然有效。 z 古典密码编码方法：
置换，代替，加法
③商用密码：
用于保护国家和事企业单位的非机密的敏感信息。
④个人密码：
用于保护个人的隐私信息。 前三种密码均由国家密码管理局统一管理！
6
一、我国的密码政策
我国商用密码政策：
①统一领导：
国家密码管理局统一领导。
②集中管理：
国家密码管理局办公室集中管理。
③定点研制：
只允许定点单位进行研制。
④专控经营：
经许可的单位才能经营。
显然，理论上，对于任何可实用密码只要有足够 的资源，都可以用穷举攻击将其改破。
20
二、密码学的基本概念
5、密码分析 z穷举攻击 实例
1997年美国一个密码分析小组宣布：1万多人参 加，通过INTERNET网络，利用数万台微机，历 时4个多月，通过穷举攻破了DES的一个密文。
美国现在已有DES穷举机，多CPU并行处理，24 小时穷举出一个密钥。
性传输密钥，利用模2加进行加密，而且按一次一密方式 工作
16
二、密码学的基本概念
3、密码体制的分类
z 从是否基于数学划分 ⑵基于非数学的密码 ②DNA密码
基于生物学中的困难问题 由于不基于计算，所以无论计算机的计算能力多么强大，
与DNA密码都是无关的 尚不成熟
17
二、密码学的基本概念
E0
E1
考虑攻击损益的电网cps场站级跨空间连锁故障早期预警方法
92
第 1期
王宇飞等：考虑攻击损益的电网 CPS 场站级跨空间连锁故障早期预警方法
1 跨空间连锁故障早期预警工作原理
1.1 故障早期预警的理论依据 1.1.1 跨空间连锁故障的演化机理
从攻击者视角分析 CFAS 演化过程[12-13]：攻击
者依据攻击意图、自身技术条件、GCPS 系统 运行状态等因素进行综合评判，辨识攻击目标中 各种潜在故障通路并动态选取对其最优的 CFAS 类型，最后利用网络攻击逐步实现该故障，如 图 1 所示。
x(3): 投/切线路 11
x(3): 调节线路 12 运行参数
x(3): 投/切负荷 13
x(3): 调节负荷 14 运行参数
故障演化的第三阶段
通过 x(β2)引发一次扰动 x(γ3), 形成跨空间连锁 故障
图 1 由网络攻击引发的跨空间连锁故障演化全过程 Fig. 1 Whole process of cascading failures across space caused by cyber attacks
潜在故障通路、GCPS 系统运行状态、攻击者 因素等均影响 CFAS 演化过程。
（1）潜在故障通路决定了 CFAS 的故障类型 与 故 障 位 置 。 CFAS 可 描 述 为 “ 网 络 攻 击 xα(1)→部 分 二 次 故 障 xβ(2) →部 分 一 次 扰 动 xγ(3) ” 的 静 态 事 件 链集合，如图 1 所示。将该集合与 GCPS 当前系 统运行状态综合分析，可得到当前 GCPS 中所有 的潜在故障通路，即当前各种可由网络攻击引发 的 CFAS 类型[2, 7]。
0 引言
当前电网信息物理系统（grid cyber-physical systems， GCPS） 面 临 日 益 严 峻 的 跨 空 间 连 锁 故 障 （cascading failures across space，CFAS）威胁 — 攻击者可利用网络攻击引发大规模物理系统 级联故障以破坏 GCPS 正常运行[1-3]。如乌克兰电 网（2015 年）与委内瑞拉电网（2019 年）均遭受 网络攻击导致大范围停电[4-6]。因此，对 CFAS 进 行实时检测并在其故障演化的早期阶段预警，有 助于提升 GCPS 抵御网络攻击的能力。
突出人才培养特色,构建面向就业的人才培养机制
员会、出国申请交流会等，提高了学生的认识。 《大学生就业指导与职业规划》选修课以计算机 学院为依托面向全校试点，我担任了分课堂的主 讲老师，目前效果非常显著。
毕业生分布广
就业率 本科生95% 研究生100%
知名IT企业 大型企事业单位 IT部门 国家公务员 军队及其他
推荐免试研究生 20% 考取研究生20% 出国深造5—10% 就业50%—55%
直辖市30% 计划单列市40% 省会18% 其他12%
行业分布
地域分布
我院信息安全国防生班在广东韶关接受军事训练
第一届信息安全专业主要学生干部去 向
01级学生会主席
夏小龙 宝洁公司 01级学生会副主席 宋宪雨 IBM（上海） 01学生会副主席 明迪 北京大学光华管理学 院 01级分团委副书记 史佩昌 国防科大 博士 01级党支部书记 郭迟 武汉大学 博士
突出人才培养特色，构建面向 就业的人才培养机制
武汉大学计算机学院 赵 健
曾经的历史
2001年武汉大学计算机学院面向全国招 生信息安全专业本科生80人。 创建了全国第一个信息安全本科专业
制定出全国第一个 “武汉大学信息安全 本科专业课程设置”和“武汉大学信息安 全本科专业教学大纲”
信息安全专业首次进入公众视野。
二、面向就业的立体化信息安全人才培养机制
1、加强科学研究，保障学术型人才发展高度 2、深化校企合作，拓展应用型人才就业广度
3、强调“三创”教育，挖掘创新型人才发展深度
科研平台也是人才基地
软件工程国家重点实验室 多媒体软件国家工程中心
国家信息安全产品互操作性测评中心
信息系统安全第七讲密码技术
16
一、密码学的基本概念
5、密码分析
①如果能够根据密文系统地确定出明文或密钥，或者能够根据明 文-密文对系统地确定出密钥，则我们说这个密码是可破译 的。 ②一个密码，如果无论密码分析者截获了多少密文和用什么方法 进行攻击都不能被攻破，则称为是绝对不可破译的。 ③绝对不可破译的密码在理论上是存在的。 ④理论上，任何可实际使用的密码都是可破译的。 ⑤密码学的基本假设：
13
S(E –τ) ＜ S(E –τ+1) ＜
演化密码图示
一、密码学的基本概念
3、新型密码
量子密码 • 量子具有许多奇妙的特性，如测不准和不可克隆。 基于测不准和不可克隆特性，可实现保密通信。 • 基于量子力学可产生真随机数。 • 以量子真随机数作密钥，经过量子保密通信进行密 钥分配，用模2加进行加密，按一次一密方式工 作。这是目前比较成熟的量子密码。 • 量子密码尚不成熟。
信息系统安全
第七讲 密码技术-1
张焕国 赵波 武汉大学计算机学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
内容简介
第一讲 信息系统安全概论 第二讲 信息系统物理与设备安全 第三讲 信息系统基础软件安全 第四讲 可信计算-1 第五讲 可信计算-2 第六讲 软件安全 第七讲 密码技术-1 第八讲 密码技术-2 第九讲 网络安全技术 第十讲 信息内容安全 第十一讲 信息对抗技术 第十二讲 讨论与总结
14
一、密码学的基本概念
3、新型密码 DNA密码
• DNA密码基于生物学中的某种困难问题。
武汉大学《密码学》课件第十讲 公钥密码(2)
13
二、EIGamal公钥密码
⑸ ElGamal密码的应用
z 由于ElGamal密码的安全性得到世界公认，所以得 广泛的应用。著名的美国数字签名标准DSS，采用 ElGamal密码的一种变形。
y =αx mod p，1≤x≤p-1,
6
一、离散对数问题
2、离散对数问题
③求对数 x 的运算为 x=logαy，1≤x≤p-1
由于上述运算是定义在有限域Fp 上的，所以称为离散 对数运算。
z 从x计算y是容易的。可是从y计算x就困难得多，利 用目前最好的算法，对于小心选择的p将至少需用 O(p ½)次以上的运算，只要p足够大，求解离散对数 问题是相当困难的。
8
二、EIGamal公钥密码
⑵ 加密
z 将 明 文 消 息 M （ 0≤M≤p-1) 加 密 成 密 文 的 过 程 如 下：
①随机地选取一个整数k，2≤k≤p-2。 ②计算： U ＝y k mod p；
C1＝αk mod p；
C2＝UM mod p； ③取 C＝（C1 ，C2）作为的密文。
9
二、EIGamal公钥密码
z 椭圆曲线密码已成为除RSA密码之外呼声最高的公 钥密码之一。
z 它密钥短，软件实现规模小、硬件实现电路节省。 z 由于椭圆曲线离散对数问题尚没有发现亚指数算
法 ， 所 以 普 遍 认 为 ， 椭 圆 曲 线 密 码 比 RSA 、 ElGamal密码更安全。160位长的椭圆曲线密码的安 全性相当于1024位的RSA密码，而且运算速度也较 快。
第七讲 祖冲之密码 武汉大学密码学
三、线性移位寄存器序列密码
z 回忆：GF（2）上的线性移位寄存器
g(x)=x4+x+1 g0=1
S0
g1=1
S1
g2=0
S2
g3=0
S3→v，v是临时工作变量 S1→S0， S2→S1， S3→S2， v →S3
10
三、线性移位寄存器序列密码
2. 密钥输出阶段，每运行一个节拍，执行下列过程 一次，并输出一个32比特的密钥字Z：
① BitReconstruction()； ② Z = F (X0, X1, X2) ⊕ X3； ／产生32位密钥字Z／ ③ LFSRWithWorkMode()。
23
三、基于ZUC的机密性算法128-EEA3
密码学
第七讲 祖冲之密码
张焕国 武汉大学计算机学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
目录
第一讲 第二讲 第三讲 第四讲 第五讲 第六讲 第七讲 第八讲 第九讲 信息安全概论 密码学的基本概念 数据加密标准（DES） 高级数据加密标准（AES） 中国商用密码SMS4与分组密码应用技术 序列密码基础 祖冲之密码 中国商用密码HASH函数SM3 复习
z 用途
主要用于4G移动通信中移动用户设备UE和无线网络控制 设备RNC之间的无线链路上通信信令和数据的加解密工 作阶段： 加解密框图
DIRECTION BEARER LENGTH COUNT LENGTH CK DIRECTION BEARER COUNT
CK
ZUC 密钥序列字 明文 发送方 密文
2
目录
第十讲 第十一讲 第十二讲 第十三讲 第十四讲 第十五讲 第十六讲 第十七讲 第十八讲 公钥密码基础 中国商用公钥密码SM2加密算法 数字签名基础 中国商用公钥密码SM2签名算法 认证 密码协议 密钥管理：对称密码密钥管理 密钥管理：公钥密码密钥管理 复习
第六讲 分组密码的应用技术
其中 E（Mi ⊕Z ，K），
i =1
Ci= E（Mi ⊕Mi -1 ⊕Ci -1，K）, i =2,…, n
Z为初始化向量。
11
二、分组密码的工作模式
2、密文反馈链接模式（CBC）
①明密文链接方式
z 错误传播
加密时，明文或密文发生错误引起对应密文及其后续密文发生
错误
解密时，密文或明文发生错误引起对应明文及其后续明文发生
z X CBC模式的主要缺点： 有填充，不适合文件和数据库加密。
使用3个密钥，需要传输填充长度，控制复杂。
29
二、分组密码的工作模式
6、CTR（Counter Mode Encryption）模式 z CTR模式是Diffie和Hellman于1979年提出的，在征
集AES工作模式的活动中由California大学的Phillip Rogaway等人的推荐。
错误
如果密码算法的输入数据错误只引起对应的几个输出数据错
误，则成称为错误传播有界
如果密码算法的输入数据错误引起对应的输出数据及其后续的
输出数据全部错误，则称为错误传播无界
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二、分组密码的工作模式
2、密文反馈链接模式（CBC）
①明密文链接方式
z 对于CBC模式，即使Mi＝Mj ，但因一般都有Mi -1⊕Ci-1≠Mj1⊕Cj-1 ，从而使Ci ≠Cj ，从而掩盖了明文中的数据模式。
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二、分组密码的工作模式
5、X CBC (Extended Cipher Block Chaining
Encryption)模式
z填充函数Pad（X）定义如下：
X，
当X不是短块；
Pad（X）＝ X10…0， 当X是短块。
基于OpenFlow的SDN状态防火墙
1引言伴随着以云计算、大数据为代表的新型业务的发展，传统网络难以满足其提出的灵活资源需求，主要是因为传统网络早已变得过于复杂且只能处于静态的运行模式。
所以，亟需一种全新的网络架构来实现网络的灵活管理，由此SDN[1]应运而生。
软件定义网络SDN （Software Defined Network）是由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构，可通过软件编程的形式定义和控制网络，其本质特点是控制平面和数据平面的分离以及开放的可编程性，使得网络管理变得更加简单、灵活，被认为是网络领域的一场革命。
OpenFlow[2]是目前SDN的主流协议，其定义了SDN 控制器和交换机之间的通信标准。
通过网络控制平面和数据平面的分离实现网络的灵活控制，控制层利用OpenFlow协议向交换机下发相应指令，从而对整个网络实现集中控制。
目前，基于OpenFlow的SDN设备已基于OpenFlow的SDN状态防火墙王鹃1，2，3，刘世辉2，3，文茹2，3，洪智2，3，王江4，樊成阳3，张浩喆3WANG Juan1，2，3,LIU Shihui2，3,WEN Ru2，3,HONG Zhi2，3,WANG Jiang4,FAN Chengyang3,ZHANG Haozhe31.软件工程国家重点实验室，武汉4300722.空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，武汉4300723.武汉大学计算机学院，武汉4300724.清华大学计算机科学与技术系，北京1000841.State Key Laboratory of Software Engineering,Wuhan430072,China2.Key Laboratory of Aerospace Information Security and Trust Computing,Ministry of Education,Wuhan430072,Chinaputer School of Wuhan University,Wuhan430072,China4.Department of Computer Science and Technology,Tsinghua University,Beijing100084,ChinaWANG Juan,LIU Shihui,WEN Ru,et al.State firewall of SDN based on puter Engineering and Applications,2018,54（15）：84-90.Abstract：A new SDN state inspection firewall system on OpenFlow protocol is proposed.In this scheme,state tables and shifted flow tables are added into SDN controller and switch,and corresponding state transition rules are also formu-lated on the basis of packet type,so firewall is able to inspect SDN network state.SDN state inspection firewall is imple-mented on opensource controller Floodlight and Open vSwitch.The performance evaluation result shows that the SDN state inspection firewall can recognize the type of packets,moreover,it achieves the fine-grained access control which present SDN firewall cannot offer.Key words：Software Defined Network（SDN）;OpenFlow protocol;state inspection;firewall摘要：提出了一种基于OpenFlow的状态检测防火墙系统，该方案通过在SDN控制器和交换机中添加状态表和变换流表，并根据包的类型分别制定相应的状态转换规则，实现对SDN网络状态的监测。
键盘输入安全研究
ｐ ｕ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｓ ｕ ｍｍ ａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈｒ ｔ ａｔ ｅ ｓ ａ ｌ ｏ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｐ ｕ ｔ ｔ ｉ ｇ ｎ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ａ ｋ ｅ ｙ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｒ ｒ ｅ ｓ ｐ ｏ ｎ ｄ ｉ ｇ ｎ
ｐ ｒ ｅ ｖ ｅ ｎ ｔ ｉ ｖ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ． Ｔ ｈ ｅ ｓ ｅ ｈｒ ｔ ａｔ ｅ ｓ ｗ ｏ ｒ ｋ ａ ｔ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｌ ｅ ｖ ｅ ｌ ｓ （ ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ ／ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｏ ／ ｒ ｉ ｇ ｎ ３ ） ａ ｎ ｄ ｕ ｓ ｅ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ａ ｔ ｔ ａ ｃ ｋ ａ ｐ ｐ ｒ ｏ ａ ｃ ｈ （ Ｑｕ ｅ ｒ ｙ ／ Ｈｏ ｏ ｋ ／ Ｂ ｙ ｐ ａ ｓ ｓ ） ． Ｗｅ ｓ ｕ ｍｍａ ｒ ｉ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｒ ｅ ａ ｔ ｓ ｆ ａ ｃ ｅ ｄ ｂ ｙ ｓ ｏ ｆ ｔ ｋ ｅ ｙ ｂ ｏ ａ ｒ ｄ ｓ ｕ ｃ ｈ ａ ｓ ｐ ｅ ｅ ｐ ， ｓ ｃ ｒ ｅ ｅ ｎ ｓ ｈ ｏ ｔ ｓ ， ｏ ｒ ｉ ｎ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ —
空天信息安全与可信计算教育部重点实验室
空天信息安全与可信计算教育部重点实验室一、实验室简介空天信息安全与可信计算教育部重点实验室是经教育部批准设立的国家级重点实验室，隶属于中国某高校。
实验室的主要研究方向包括信息安全、网络安全、物联网安全、可信计算等领域。
实验室成立于XXXX年，由一批资深的学术研究人员和技术专家组成，拥有一流的研究设备和实验室环境，为学生和研究人员提供良好的学习和研究条件。
实验室与众多国内外的研究机构和企业建立了广泛的科研合作关系，并积极参与相关领域的国际合作与交流，为国内外的信息安全和可信计算研究做出了重要贡献。
二、研究方向与内容空天信息安全与可信计算教育部重点实验室的研究方向主要包括：1.信息安全：研究信息安全领域的理论、方法和技术，包括数据加密、身份认证、访问控制、防火墙等相关内容。
致力于保护信息的机密性、完整性和可用性，提供安全的信息传输和存储环境。
2.网络安全：研究网络安全领域的理论、方法和技术，包括网络攻击与防御、入侵检测与防护、安全监测与分析等相关内容。
旨在保护网络系统免受黑客攻击和恶意软件的威胁，确保网络的安全运行。
3.物联网安全：研究物联网安全领域的理论、方法和技术，包括物联网架构安全、传感器网络安全、无线通信安全等相关内容。
致力于保护物联网设备和系统的安全性和可靠性，防止恶意攻击和信息泄露。
4.可信计算：研究可信计算领域的理论、方法和技术，包括安全基础设施、可信计算平台、可信执行环境等相关内容。
旨在提供安全可信的计算环境，确保计算结果的准确性和机密性。
三、科研成果与项目空天信息安全与可信计算教育部重点实验室在相关领域的科研工作取得了丰硕的成果。
近年来，实验室在国际学术期刊和会议上发表了大量高水平的科研论文，取得多项国家级科研项目的批准和资助。
实验室的科研成果主要包括以下几个方面：1.开发了一种高效的数据加密算法，具有较强的安全性和计算效率，广泛应用于云计算和物联网等领域。
2.提出了一种新颖的入侵检测方法，可以及时发现和防范网络安全威胁，有效保护网络系统的安全。
基于固定基点的安全查询策略
基于固定基点的安全查询策略杜瑞颖;范东东;何琨;米兰·黑娜亚提【摘要】针对兴趣点查询服务带来的位置隐私泄露问题,提出一种基于固定基点的位置隐私保护方案FixBP.引入地点l-差异性原则,防范位置同质攻击和地图匹配攻击;固定查询使用的基点,降低构造匿名区域产生的开销,便于位置服务提供商做查询优化.对比实验结果表明,FixBP比DLS方案构造匿名区域的开销更小,FixBP、SpaceTwist、DLS、SybilQuery方案中FixBP为服务提供商带来的查询开销最小;POI数据库分析实验结果表明,FixBP方案比DLS、Sybi1Query方案产生的通信开销更小.【期刊名称】《计算机工程与设计》【年(卷),期】2016(037)004【总页数】5页(P887-891)【关键词】位置服务;兴趣点查询;固定基点;预查询;查询有效率【作者】杜瑞颖;范东东;何琨;米兰·黑娜亚提【作者单位】武汉大学计算机学院,湖北武汉430072;武汉大学空天信息安全与可信计算教育部重点实验室,湖北武汉430072;武汉大学计算机学院,湖北武汉430072;武汉大学计算机学院,湖北武汉430072;新疆广播电视大学远程教育学校,新疆乌鲁木齐830049【正文语种】中文【中图分类】TP309兴趣点(point of interest，POI)查询服务是一种典型的位置服务，正渗透到生活的各个方面[1]，给人们带来了极大的便利。
然而在享受位置服务带来的便利的同时，用户的位置隐私安全也遭受到了严重的挑战[2,3]。
针对这一问题，研究人员提出了多种保护策略，包括基于混合区域的方案Mobimix[4]，基于冗余假位置的方案SybilQuery[5]、DLS[6]等。
其中方案SybilQuery和DLS的计算开销和通信开销较大，而Mobimix方案忽略了网络地址被作为准标识符攻击的风险。
为解决上述问题，本文提出了一种基于固定基点的位置隐私保护策略FixBP：固定一定数量的假位置(基点)，并使用这些假位置替代真实位置进行查询，同时引入可信查询代理隐藏用户身份和网络地址，达到保护用户查询隐私的目的。
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• 可信平台模块(TPM) • 可信度量根(RTM) • 软硬件所组成的系统(System)
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1、可信特征描述方法
① 信任链特征描述(Cont.)
—基于Biba模型的TCG信任链安全性分析
➢ 依据Biba模型将信任链中的节点分为主体和客体 ➢ 根据信任链的传递次序给节点建立安全级别 ➢ 将信任链中的度量操作、创建日志操作和迭代PCR操作转换为
•3、可信计算平台安全测评原型系统
① 信任链测试
Ø 部分测试界面
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•3、可信计算平台安全测评原型系统
① 信任链测试
Ø 测试结果及分析
• HP6400、HP6230、ThinkPad R61i和国内两种可信计算机的信任链实现程度分 别为：81.82%，72.72%，18.18%，9.09%，9.09%
通过建立通用的程序框架，将被测函数的相关信息存入数据库中，利用 Java反射机制调用被测试函数并获取相应参数信息；
测试程序有良好的通用性和扩展性。
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•2、可信计算平台的测试方法
③ TSS测试方法(Cont.)
❖ 静态分析（符号执行）与随机化测试（Fuzzing测试）
➢ 测试对象
• 按照TCG规范实现的可信平台模块： Infineon TPM 1.1和 Atmel TPM 1.2
• 按照中国《可信计算密码支撑平台功能与接口》规范的可信 平台模块： 某国产品牌样片
➢ 测试目标
• 基于状态机模型，对可信平台模块进行安全功能的规范一致 性测试，总结各个功能模块的规范符合程度
可信计算平台安全测评原型系统
➢ 可信计算平台安全规范标准一致性测试
子系统
➢ 可信计算平台安全规范漏洞扫描测试
子系统
➢ 可信计算平台安全规范渗透性测试子
系统
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1、可信特征描述方法
①信任链特征描述
—可信PC信任链交互模型 Ø 为了能够抽象出信任链规范中的角色进程，建
产品牌样片的规范符合度分别为：92.66%、80.19%和 82.92%。
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•3、可信计算平台安全测评原型系统
③ TSS测试
➢ 测试对象
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报告提纲
一 • 可信计算平台测评
•1
概念
二 •可信计算平台测评系统
三 •总结
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二、可信计算平台测评系统
v 测试依据
Ø TCG的规范 Ø 我国国家密码管理局制定的《可信计算平台密码
方案》、《可信计算密码支撑平台功能与接口规 范》和国信办主持制定的一系列可信计算技术规 范。
v 德国波鸿大学
Ø 发现主流的TPM在不同程度上都存在与标准不符合的问 题
v 匈牙利布达佩斯大学
Ø 将白盒测试和Fuzzing技术相结合，发现OpenTC项目中 的TSS的若干Bug和远程溢出安全漏洞
v 中国科学院软件所
Ø TCM、TSM测试
v 国内外尚没有可信计算平台测评的完整的理论、 技术和测评系统
Ø 测试目标
• 基于Biba模型，对平台信任链的完整性进行评估 • 通过结果分析，对平台信任链的关键技术点进行评估，并判
断各个测试平台对于可信计算平台规范的实现程度以及与规 范的匹配程度 • 通过一致性测试和安全测试之间的映射关系，找出当前可信 计算平台存在的内部安全隐患
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➢ 定义攻击者能力，通过API调用和离线密码运算得 到内部保护的秘密。
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1、可信特征描述方法
② TPM 特征描述(Cont.)
❖ 推理系统与自动证明
➢ 待验证的安全目标以定理的形式描述 ➢ 利用归结原理和反例搜索的方法，验证安全目标能
否在模型中成立，若不成立，搜索结果即反映出一 组有效的攻击序列。 ➢ 通过集成的可执行状态判决机制，在一定程序上缓 解了状态空间爆炸的问题。
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2、可信计算平台的测试方法
① 信任链测试方法(Cont.)
❖ 基于动作约简的事件和状态经测过试约简后得到的信任链
信任链规范说明对应的
规范实现LTS系统
LTS系统
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2、可信计算平台的测试方法
② TPM测试ห้องสมุดไป่ตู้法
——基于特征提取的功能关联测试模型
空天信息安全与可信计 算教育部重点实验室
2020/11/24
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报告提纲
一 • 可信计算平台测评
•1
概念
二 •可信计算平台测评系统
三 •总结
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一、可信计算平台测评概念
1. 可信计算平台测评
v 可信计算产品已经开始走向应用
Ø 几乎所有的著名笔记本电脑都配置了TPM芯片 Ø OpenTC和IBM分别各自推出了开源的可信计算软件
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•2、可信计算平台的测试方法
③TSS测试方法(Cont.)
❖ 静态分析（符号执行）与随机化测试（Fuzzing测试）
➢ 面向缺陷的软件自动化测试方法研究
使用符号执行+约束求解的方法自动遍历程序内部执行路径 使用随机构造的测试用例配合符号执行，提高效率和准确性 用断言和抽象解释的方法显式定义待检测缺陷的属性
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3、可信计算平台安全测评原型系统
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3、可信计算平台安全测评原型系统
① 信任链测试
Ø 测试对象
• 符合TCG规范的可信计算平台：HP6400、HP6230和ThinkPad R61i
• 符合中国《可信计算密码支撑平台功能与接口》规范的国内 两种可信计算机
Ø 基于功能划分的TPM测试结构 Ø 基于特征提取的TPM基本功能依赖集合生成 Ø 基于状态机理论的规范一致性测试
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•2、可信计算平台的测试方法
② TPM测试方法(Cont.)
❖ 基于功能划分的TPM测试结构 根据规范定义的TPM所必须具有的功能，将TPM功能横向划分为 ：
v 提出“一套框架多套技术”
Ø 测评对象：可信计算平台的主要可信特征 Ø 测评层次：TPM，信任链，TSS
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•二、可信计算平台测评系 统
TCP测评
可信计算平台安全测评理论与技术
➢ 可信计算平台可信特征描述方法 ➢ 可信计算平台的测试方法 ➢ 可信计算平台安全评估方法
❖ 基于特征提取的TPM基本功能依赖集合生成
根据提取的TPM功能以及它们之间的关系，将提取的功能之 间的纵向关系总结为基本功能依赖集，根据基本功能依赖集 扩展可得到所有功能的测试顺序。
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•2、可信计算平台的测试方法
② TPM测试方法(Cont.)
❖ 基于状态机理论的规范一致性测试
根据提取的功能依赖性，对TPM规范 进行了状态机建模，通过比较测试时 的状态机模型与TPM规范的状态机模 型，判断被测试的TPM是否达到规范 一致性。下图为建立的TPM正常运行 状态下部分状态机示意图。
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•2、可信计算平台的测试方法
③ TSS测试方法
——基于反射机制的分层测试框架
➢ 分析测试可信软件栈（TCG Software Stack, TSS）设计与实现中的安全缺 陷与漏洞
基于TSS分层封装特点，针对TSPI应用接口与TCSI网络接口的API函数进行安全测 试。
测试框架与测试用例的构造建立在对API序列语义分析与参数语法分析的基础上进行 。
测试方法兼顾程序静态分析与随机测试，通过具体的测试用例触发安全缺陷。
➢ TCS层测试:包括密钥证 书管理测试，事件管理测 试，参数块产生测试等；
➢ TDDL层测试:包括对 TDDL接口的测试。
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•2、可信计算平台的测试方法
③TSS测试方法(Cont.)
❖ 基于反射机制的TSS测试框架
➢ 不同TSS规范中定义的函数信息有差异，被测函数繁多且测试流程是动 态组合的
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2、可信计算平台的测试方法
① 信任链测试方法
——基于规范的分层测试模型
Ø 基于系统层次的信任链测试结构划分 Ø 基于动作约简的事件和状态测试
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•2、可信计算平台的测试方法
① 信任链测试方法(Cont.)
❖ 基于系统层次的信任链测试结构划分
①信任链测试方法(Cont.)
❖ 基于动作约简的事件和状态测试
依据RTM与TPM, System之间的交互关系 通过交互关系建立System动作集合和信任链状态之
间的有向图 从测试的角度出发进行约简,消去影响信任链测试的内
部动作和不可达状态 通过约简后的有向图得到适合信任链规范测试的测试
例集合,并生成测试用例,对信任链系统进行一致性测 试
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1、可信特征描述方法
③ TSS特征描述
Ø TSS要为可信计算平台的应用层提供完整性保护、身 份可信性认证、数据安全性保护等可信特征功能；
Ø 通过对不同TSS的规范进行分析和抽取，定义出TSS的 可信特征；