基于無干擾模型的云計算中信息流安全研究.pdf

1、云計算通過網(wǎng)絡(luò)提供各種服務(wù)，這種開放式的模式在方便用戶訪問和使用的同時，也帶來了潛在的安全隱患，導(dǎo)致來自云計算內(nèi)部或者外部的攻擊日益增多。云計算中，虛擬機(jī)或者用戶之間存在數(shù)據(jù)泄露的危險，不管是直接的或間接的數(shù)據(jù)泄漏，都可以看作是信息的非法流動。訪問控制等方法可以控制顯式信息流，無法控制隱式信息流，需要使用無干擾模型檢測云計算架構(gòu)中是否存在非法信息流，典型的無干擾模型不適用于云計算架構(gòu)中的信息流驗(yàn)證。
　　云計算架構(gòu)的設(shè)計，是一個由

2、簡單到復(fù)雜的過程。簡單的云計算架構(gòu)便于形式化的驗(yàn)證其安全屬性，復(fù)雜的云計算架構(gòu)便于具體實(shí)現(xiàn)。復(fù)雜的云計算架構(gòu)由簡單的云計算架構(gòu)細(xì)化得到。安全是制約云計算發(fā)展的瓶頸之一，在云計算架構(gòu)設(shè)計時，就要考慮其安全屬性,并在云計算架構(gòu)韻細(xì)化過程中保持架構(gòu)的安全屬性。在云計算架構(gòu)細(xì)化的過程中，云計算架構(gòu)的安全屬性是否保持，典型的細(xì)化方法不解決這方面的問題。
　　針對上述問題，本文研究無干擾模型的特性、無干擾模型間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，提出保持云計

3、算架構(gòu)細(xì)化中的安全屬性的方法以及適用于云計算中信息流安全的模型。主要內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)研究傳遞無干擾模型和非傳遞無干擾模型，分析這些無干擾模型具有的特性，對特性進(jìn)行理論推導(dǎo)。無干擾模型的特性是研究云計算中信息流安全的基礎(chǔ)。傳遞無干擾模型包括P安全模型;非傳遞無干擾模型包括IP安全模型、TA安全模型等。它們既有相似的特性，也有不同特性。P安全模型、IP安全模型和TA安全模型都存在最小動作序列，而P安全模型和IP安全模型的

4、最小動作序列是唯一的，TA安全模型的最小動作序列不唯一。P安全模型和IP安全模型具有冪等性，即動作序列經(jīng)過函數(shù)一次處理的結(jié)果與經(jīng)過函數(shù)多次處理的結(jié)果相同，TA安全模型一般沒有這個特性。本文通過提取算法（其作用是提取函數(shù)處理結(jié)果中對應(yīng)原動作序列的子序列），這樣再通過函數(shù)處理，TA安全模型也能具有與冪等性相似的特性。另外，對這些無干擾模型的特性進(jìn)行了深入的分析和理論驗(yàn)證。
　　(2)研究非傳遞無干擾模型IP安全和TA安全的關(guān)系，提出I

5、P安全模型轉(zhuǎn)化為TA安全模型的條件，證明了條件的充分性和完備性。無干擾模型間的關(guān)系是研究云計算中信息流安全的基礎(chǔ)。IP安全模型和TA安全模型是非傳遞策略下兩個重要的無干擾模型，其中TA安全模型隱藏了更多信息。通常情況下，如果系統(tǒng)滿足TA安全模型，那么系統(tǒng)一定滿足IP安全模型。反之，系統(tǒng)滿足IP安全模型，但是系統(tǒng)不一定滿足TA安全模型。本文分析了兩種模型的內(nèi)在關(guān)系，在系統(tǒng)滿足IP安全模型的前提下，提出了限制系統(tǒng)的條件，在該條件的限制下，系

6、統(tǒng)滿足TA安全模型。另外，從理論上驗(yàn)證了該條件的充分性和完備性。
　　(3)研究云計算架構(gòu)細(xì)化中的安全屬性的保持，提出架構(gòu)細(xì)化中保持無干擾屬性的方法。無干擾對于架構(gòu)而言是一種安全屬性，傳統(tǒng)的架構(gòu)細(xì)化方法不考慮安全屬性的保持。本文提出的架構(gòu)細(xì)化方法，包含細(xì)化函數(shù)和若干限制規(guī)則，細(xì)化函數(shù)細(xì)化架構(gòu)中的安全域，若干限制規(guī)則限制細(xì)化后安全域間的信息流。使用該方法細(xì)化后的架構(gòu)，當(dāng)原架構(gòu)滿足無干擾屬性，那么細(xì)化后的架構(gòu)滿足無干擾屬性。另外，從理

7、論上證明了該方法的充分性。給出了具體例子，說明方法的可用性。
　　(4)研究云計算中的信息流安全模型，提出適用于云計算的無干擾模型。云計算是一個多用戶并發(fā)訪問和順序訪問共存的架構(gòu)，用戶可能并發(fā)訪問云計算服務(wù)，也可能順序訪問云計算服務(wù)。傳統(tǒng)的無干擾模型不能處理云計算并發(fā)訪問產(chǎn)生的信息流的安全問題。本文提出了適用于云計算并發(fā)訪問的無干擾模型，云計算中的并發(fā)訪問動作執(zhí)行時，安全域與安全域不會相互信息流，即安全域間沒有信息流動;在此基礎(chǔ)上

8、，進(jìn)一步提出了并發(fā)訪問和順序訪問共存的云計算無干擾模型，在順序訪問動作執(zhí)行時，安全域之間信息可以按既定規(guī)則流動，而并發(fā)訪問動作執(zhí)行時，安全域間不應(yīng)該有信息流動。另外，給出了模型的擴(kuò)展定理和判定算法，可以判定云計算架構(gòu)是否滿足給定的無干擾模型。
　　綜上所述，本文以解決云計算中信息流安全問題及云計算架構(gòu)細(xì)化中安全屬性保持問題為目標(biāo)，分析無干擾模型的特性及無干擾模型間的關(guān)系，給出無干擾模型的轉(zhuǎn)換條件，確定無干擾模型間的區(qū)別所在，解決無