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　　本文以RT-Linux實時操作系統(tǒng)為平臺，對十字路口交通燈控制建立安全實驗模型，硬件防危核實現(xiàn)技術(shù)，為防危保障探索新的實現(xiàn)途徑。

　　早在19世紀70年代，為保證系統(tǒng)中的敏感信息不被非法用戶惡意破壞和非法訪問，Roger Schell和Mitre等人提出了安全核(security kernel)的概念。安全核將系統(tǒng)中的軟件隔離為可信的和不可信的兩部分，由可信賴信號負責對不可信部分進行審核，以保證不可信部分不會對敏感數(shù)據(jù)進行非法和錯誤的訪問。

　　安全核的技術(shù)在信息安全領(lǐng)域中取得了成功并得到廣泛的應用。在安全核基礎上，Rushby等人又進一步提出了防危核(safety kernel)的概念，用于防止軟件對安全關(guān)鍵設備的非法訪問，從而保障系統(tǒng)安全。防危核由一組防危策略和隔離組成，因此，防危策略的完備性和低開銷是防隱核可靠和高效的關(guān)鍵?，F(xiàn)在，對防危核的研究還處于初級階段，本文介紹我們基于RT-Linux實現(xiàn)的隊危核。實驗結(jié)果表明了該方案的有效性和可行性。

　　1 防危核技術(shù)

　　防危核關(guān)心的是如何保護設備不被非法訪問，以避免因?qū)υO備的誤操作引起的重大生命財產(chǎn)損失和環(huán)境破壞。防危核把受保護設備與系統(tǒng)中的其它部分隔離，通過實施防危策略(safety policy)對這些設備的訪問進行特殊控制。凡是對受保護設備的訪問，都必須經(jīng)過危核的審查，合法者予以支持;反之，則采取相應的出錯處理措施，維護系統(tǒng)的防危特性，這樣就能很好地避免軟件故障造成的災難后果。從應用軟件的角度來看，防危核的原理如圖1所示。在工程應用中，要保證危核的有效性，必須遵循下列3項規(guī)則。

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　　(1)短小精練

　　為了不影響系統(tǒng)的性能，防危核應盡可能小，為此系統(tǒng)所有的防危核策略均由防危核為實施是不現(xiàn)實的。采用將防危策略放在防危核外部的防危策略庫中的方法，縮小防危核的大小主，防危核在防危處理時訪問防危策略庫，以獲取相應防危策略。

　　(2)完備性

　　完備性要求，不通過防危核主體就不能對客體進行任何訪問操作。它表明對設備的任何訪問請求都必須通過防危核的驗證。如果系統(tǒng)中存在其它組件可以繞開防危核訪問設備，顯然安全將無法得到保障。所以采用了防危核技術(shù)的系統(tǒng)必須要保證防危核對設備的專一控制。

　　(3)通用性

　　通用性指防危核模塊的基本結(jié)構(gòu)不依賴于任何特定的操作系統(tǒng)和設備，只需要操作系統(tǒng)和設備滿足防危核的接口要求，并修改策略庫，就可以將防危核軟件應用到任何操作系統(tǒng)和設備中。

　　2 開發(fā)平臺RT-Linux OS構(gòu)架與特征

　　通常，安全關(guān)鍵系統(tǒng)對實時性有嚴格要求，我們選擇RT-Linux操作系統(tǒng)為安全實驗模型的開發(fā)平臺。

　　RT-Linux是美國NMT大學對標準Linux的一個實時擴展版本，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。它實際上是給原Linux內(nèi)核打了實時補丁，打了補丁的Linux內(nèi)核由兩部分組成：RT-Linux和Linux。在RT-Linux內(nèi)核實時應用(任務)則是一種可加載的內(nèi)核模塊，具有高的優(yōu)先級。另外，所有的中斷都先由RT-Linux來處理，之后才由標準的內(nèi)核來處理。非實時任務通過RT-Linux提供的FIFO(一種透明的管道)與實時任務通信。

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　　RT-Linux可以提供應用程序的硬實時保證。所謂“硬實時”是區(qū)別“軟實時”而言的。硬實時對滿足時限的要求比軟實時嚴格，通常硬實時的系統(tǒng)響應時間在ms或μs級，而軟實時對其響應時間的要求沒有那么嚴格。硬實時工作通常指超過時限要求就會造成嚴重損害的工作，而軟實時即使超過時限也不會帶來嚴重后果。以核能電廠和看VCD為例，用在核能電廠的實時操作系統(tǒng)，如果超出時限可能會導致嚴重的損害，然而VCD播放器超出時限只不過讓使用者感覺不舒服而已。所以前者是硬實時，后者是軟實時。

　　這樣一種Linux實時化方案，對原Linux改動最小，又能充分利用標準Linux的全部特性，從而能滿足實時系統(tǒng)防危核控制模型研究的諸多要求，因此，NMT RT-Linux是本安全模型研究的最佳實驗平臺。