高可信嵌入式计算机系统的安全性与易用性设计

论文摘要

随着嵌入式技术的发展,嵌入式系统在各个领域中发挥着巨大的作用,例如航天、民用、商用、军事等。其中在某些关键领域,用户对系统的可信性要求越来越高,并且需要在设计中充分发挥嵌入式的专用性特点。目前,高可信嵌入式的研究已经越来越受到重视,为了保证系统的高可信性,安全和容错等相关技术多被系统所采用。本文在一个高可信嵌入式容错控制机的基础上,以高可信嵌入式系统的易用性及安全性作为研究重点,进行相关技术开发,满足高可信控制系统的实际应用需求。在易用性设计方面,主要考虑的是用户需求。首先,在JFFS2文件系统的基础上,设计并实现了文件存储子系统,具有日志文件存储、更新、查询等功能,为用户与系统数据信息提供良好的交互平台。另外为系统开发具有针对性的外设设备,例如多输入模式的键盘设备,显示系统状态信息的辅助液晶屏设备,及提供对外控制通信的无线通信设备。在安全性设计方面,主要考虑的是系统需求。为了保证系统不被非法用户侵入,为系统设计多级认证机制,包括SD卡认证、口令认证、指纹认证。并且为了保护系统数据安全可靠,研究并设计实现了多种系统关键信息损毁手段,并基于多级认证技术提出有效的多级自毁策略。这些技术充分为系统的高安全性提供了保障。另外,本文还运用两种方法对高可信嵌入式控制系统,进行了可靠性评估,数据显示系统满足高可靠性。同时,为了测试系统的易用性及安全性设计的功能,对整个系统及各个模块进行了相关测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文组织结构
• 第2章 易用性设计与实现
• 2.1 文件存储系统
• 2.1.1 功能设计
• 2.1.2 具体实现
• 2.2 键盘设计与实现
• 2.2.1 需求分析
• 2.2.2 设计实现
• 2.2.3 系统解析设计
• 2.3 无线通信模块设计与实现
• 2.3.1 无线模块介绍
• 2.3.2 设计实现
• 2.4 辅助液晶屏设计与实现
• 2.5 本章小结
• 第3章 安全性设计与实现
• 3.1 系统认证机制
• 3.1.1 SD 卡认证
• 3.1.2 口令认证
• 3.1.3 指纹认证
• 3.2 系统损毁机制
• 3.2.1 损毁的时机
• 3.2.2 损毁方式
• 3.2.3 损毁策略
• 3.3 基于多级认证的自毁策略设计
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统可靠性评估
• 4.1 系统模型介绍
• 4.2 基于马尔科夫计算方法
• 4.2.1 系统可用性分析的马尔科夫模型
• 4.2.2 马尔科夫方程组
• 4.2.3 参数求解
• 4.2.4 Matlab 仿真计算
• 4.2.5 参数分析
• 4.3 非马尔科夫评估方法
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统测试
• 5.1 可靠性测试
• 5.1.1 初始单板状态测试
• 5.1.2 单板故障测试
• 5.2 键盘测试
• 5.2.1 字母模式
• 5.2.2 功能模式
• 5.2.3 数字模式
• 5.3 自毁测试
• 5.3.1 本地损毁
• 5.3.2 无线控毁
• 5.3.3 系统自毁
• 5.3.4 电气自毁
• 5.4 无线测试
• 5.4.1 无线发送测试
• 5.4.2 无线接收测试
• 5.5 数据库测试
• 5.5.1 日志存储测试
• 5.5.2 加解密测试
• 5.5.3 基本功能测试
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 致谢