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CISSP

第03节：安全工程实施（上）

CISSP课程笔记

本章大纲

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计算机体系结构

1、体系结构研究的东西是什么？

答：一个复杂的系统，我们将其拆解为若干个子系统，然后再将子系统划分为若干个组件，研究这些组件、子系统在这个系统中的作用以及其中的关系，从而对复杂系统的特点有更深入的理解。所以体系架构是指的一种研究方法，而不是结果。

2、不存在什么都能解决的系统架构

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计算机硬件的组成对信息安全有什么影响

CPU

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CPU的安全问题

1、超线程（HT）：在一个CPU里封装两个逻辑控制单元，同时运行两个线程

2、超线程导致的安全问题：隐蔽信道（CovertChannel）

一种特殊的通讯方法导致的泄密，是对保密性的一种破坏

如：在BLP模型中，内外部保密级别不一样，外部消息可以写入内部，但内部消息无法写入外部。但内外部如果勾结以后，外部写入内部时，内部切断信道代表信息“0”、传入成功代表信息“1”。外部观察这个变化进而获取内部信息。这就是隐蔽信道的一种方式。不是传统意义上的信号泄露。

注：BLP模型 BLP模型是一种模拟军事安全策略的计算机访问控制模型，它是最早也是最常用的一种多级访问模型，该模型用于保护系统信息的机密性。

这种0/1存储导致的泄密是存储型隐蔽信道，这种信道隐蔽性不是很强

3、另一种隐蔽信道：时间调制隐蔽信道（Timing CovertChannel）

内部使用一种程序来控制内存资源的消耗，外部在写入信息时会时快时慢，快代表“1”，慢代表“0”，这就是一种基于时间调制的隐蔽信道

CPU的运行状态

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解题状态和管理程序状态是运行状态的两种子状态，解题就是正常情况下的非特权状态，管理程序状态可以理解为超级管理员状态。通过内核中的控制单元来确定系统处于什么状态。

CPU指令执行类型

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存在的安全问题：

1、进程的隔离，不允许不同应用进程之间随意通讯

2、虚拟化可能导致恶意代码的问题更难发现（黑客通过污染虚拟化程序，导致运行在虚拟化之上的重装系统的防病毒软件无法察觉）

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总线与数据传输

以前信息要从内存储设备转向外存储设备需要通过CPU的控制才可以执行，但如果输出流量比较大的时候，CPU负载就会非常高影响其他程序的运行。

DMA（直接存储器访问）：绕过CPU，直接连接内存储器和外存储器。

安全问题：这就相当于绕开了CPU的访问控制

存储系统的层次结构

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Cache（缓存）

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RAM（内存）（易失存储器）

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静态随机存储SRAM 比 动态随机存储DRAM 要快

ROM（只读存储器）（非易失存储器）

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TPM：可信平台模块，很难被篡改，含有CPU的ROM，用于保护密钥的保密性和完整性

注：ROM不是硬盘

物理存储器和虚拟存储器（虚拟内存）

虚拟内存的坏处就是，如果突然断电，计算机来不及删除ROM上的信息，就有可能导致黑客分析磁盘页文件从而产生信息泄露

输入/输出

keylogger：一种USB的物理键盘监听器

I/O技术

内部操作系统管理输入输出的技术

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1、编程I/O：外部硬件对内存、磁盘的使用就属于编程I/O，优先级很低

2、中断处理：

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3、中断向量表：用于存储不同应用程序中断的入口地址，是需要操作系统严格保护的一个资源，黑客可以通过篡改中断向量表来实现提权。

固件，Firmware

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保护机制

保护机制的基本概念

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1、主体和客体之间的交互就是访问，安全工作最主要的形式就是进行访问控制来实现一系列的安全策略（系统级）

2、多级安全策略是最复杂的、解决涉及国家安全问题的安全策略，不是最安全的意思

保护机制1：TCB（可信计算基）

TCB（可信计算基）是桔皮书里的一个概念

注：桔皮书的标准已经过时了，现在使用“共同准则”来评估系统安全性

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保护机制2：Reference Monitor（参照监视）

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1、最核心的机制是访问控制，参照监视可以理解为访问控制的另一种说法

2、要求：必须能监视所有主体和客体的访问，不能有任何的例外

保护机制3：Security Kernel（安全内核）

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1、安全内核是TCB里面实现RM的一个实体

2、设计操作系统时，内核必须满足三个内核

3、可验证性：安全内核要尽量的简单，方便验证

保护机制4：Protection Ring（保护环）

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1、一般从0环开始标注

2、保护环能实现“隔离”的安全要求，能减少被突破后的损失

3、保护环是深度防御安全控制原则的具体实现

保护机制5：Security Labels（安全标记）

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1、BLP出现之前用自主访问控制（由某个人的自主意志来决定），BLP出现以后用强制访问控制（由标签的比对来决定）

2、出现安全标记就要想到强制访问控制

保护机制6：Security Domain（安全域）

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1、将安全需求类似的资源放到一起（这就是安全域）对其进行统一保护。

2、安全域是简化安全工作的常用方法

保护机制7：进程隔离，硬件分离，最小特权

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保护机制8：Hardening（加固）

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1、一般的加固：禁用不用的端口、禁用某些服务等。更高的加固：剥离某些服务的代码

安全模型

系统运行的安全模式

1、专用模式

2、系统高模式

3、分隔模式

4、多级安全模式

多级安全的两个特例：

​ 5、受控模式：在多级系统中，各用户都是能溯源的，若有用户发生泄密，我们能对其进行控制

​ 6、受限模式：后果有限

安全模型的基本概念

1、定义：安全模型是高度抽象的、形式化的数学模型

2、目的：为设计和实现安全机制提供了一种理论框架

信息安全模型分类

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安全模型分为访问控制模型（保密型模型）和完整性模型

1、状态机模型

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1、状态机模型是研究自动化系统的数学工具

2、安全的状态机模型：是指两个假设和一个推论

假设系统一共有n+1个状态，并且都是安全的；假设一共有n个状态转换过程，并且也都是安全的。则这个系统就是安全的

2、信息流模型

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1、信息流模型是基于状态机模型的

2、信息流模型认为，系统运行过程中状态的变化是因为信息的流动导致的。

3、基于状态机模型的假设，如果信息流动是安全的，则这个系统是安全的

3、*BLP模型（Bell-LaPadula模型）

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BLP模型是一个为了解决保密型问题的模型，在涉密领域用的广泛

BLP模型的安全规则

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1、低不能读高，高不能写低。总之信息不能从高流向低

2、BLP模型中既有强制访问控制又有自助访问控制，属于格子模型。而格子模型属于信息流模型的扩充，所以BLP也属于信息流模型。而信息流模型又是状态机模型的扩充，而BLP也属于状态机模型。

BLP模型的缺陷

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1、BLP模型不能解决所有问题，因为假设不一定成立

4、Biba模型

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1、Biba模型是一个为了解决完整性问题的模型

2、是格子模型、是信息流模型、是状态机模型

完整性公理

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1、Biba模型高不能读低，低不能写高，如何理解？

从信息完整性的角度来看，官方媒体（高）不能从自媒体（低）的稿子里随便读取一个信息来发表，自媒体给官方媒体投的稿被直接扔掉。

2、Biba模型在非涉密领域应用非常广泛

电力系统使用Biba模型，其二次系统和三次系统之间通过网闸隔离

5、Lattice模型

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1、基于BLP模型的扩充

2、不仅有层次的隔离，还有类别的隔离

3、补充：强制访问控制当中，安全标签不仅要有级别的标注，还要有类别的标注

6、Clark-Wilson模型

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1、基于流程的模型，为了实现完整性

2、工作原理： ①把数据分为两类：自由数据（完整性不确定）、受限数据（约束数据，完整性已经确定，可以使用）

②模型的作用在于如何把自由数据转化为受限数据。

③这个转化要通过两个流程来实现，

转换程序：信息必须通过业务程序录入到系统空间，不能由技术人员直接录入到后台。区别与信息流动的二元组（主体流向客体），模型的信息流动是由三元组实现，即在主客体之间多了转换程序

完整性检查程序：检查转换程序是否正确。（职务分离）

3、模型的另一个名字：受限界面模型（restricted interface model）

7、中国墙模型

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1、中国墙另一个常用名字：Brew and Nash模型

2、安全目标：解决利益冲突

如何理解利益冲突？

举例：一个顾问在A银行做评估时听取了A银行的一些管理方式，当在B银行（与A银行存在激烈的竞争关系）进行评估时，或许会将A银行的这些管理方式有意无意地泄露出去，导致A银行的利益受损。

3、冲突域

将存在利益冲突的单位放在一个冲突域里面，一个“咨询顾问”只能访问一个冲突域里面的一个客户信息

8、非干涉模型

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1、该模型为了解决隐蔽信道问题

2、工作流程举例：

在前面隐蔽信道例子中，相当于加了个中间C，当内部的A无论怎么插拔网线。外界的B都无法观察到其变化。这就阻止了隐蔽信道的问题

9、取-予模型（Take-Grant）

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1、该模型为了解决授权问题

2、为什么要有这个模型？ 举例：

①A将权限授予（G）了B A→B

②C是B的上级，获取（T）了B的权限 B→C

③D将权限授予了C，C就相当于同时拥有了A与D的权限 D→C

④若A和D的权限是需要职责分离的，则C这种情况就不应该发生 C=A+D

指向图

结论：

该模型就是利用这种指向图的方式来研究授权过程中的风险，从而提出授权过程的禁止性要求

10、访问矩阵模型（最常用、最直接）

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1、被称为最直接的模型的原因

因为模型是用来研究安全策略的分析工具，不是用来实现安全策略的方法。而访问控制矩阵既是一个模型又是一个方法，所以被称为最直接的模型

2、存在的问题

访问矩阵是一个二维表，当用户和目标过多时，矩阵会存在很多的空值（稀疏矩阵），存储和读取效率比较低。

3、解决方法1：访问控制列表（主附客）

相当于只取矩阵的每一列，将附着在客体上的主体单独取出来构成列表。

4、解决方法2：能力列表（客附主）

相当于只取矩阵的每一行，将附着在主体上的客体单独取出来构成列表。

系统评测

目的：让别人相信我们的系统能实现什么安全目标

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信息系统评估标准

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1、桔皮书TCSEC是最早的信息安全标准，但仅限于操作系统

2、ITSEC提出两个要求：安全功能的要求、安全保障的要求

3、CC国际通用准则后续发展为ISO 15408

TCSEC，桔皮书（不重要）

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校验保护：内核设计需要被证明为是正确的，除了足够简单以外，还要采取形式化设计（需求和设计过程要用数学语言来表达），通过数学证明来证明能实现改目标

ITSEC

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CC（共同准则）

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关键概念

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*保护轮廓PP

从用户的角度分层来提出各种安全要求的一种系统化的方法

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基本原理部分其实就是一个证明部分，证明所提出的安全要求足以实现安全目标

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