容錯(cuò)增強(qiáng)安全關(guān)鍵實(shí)時(shí)應(yīng)用的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、如今，越來(lái)越多的分布式嵌入式實(shí)時(shí)系統(tǒng)被廣泛的運(yùn)用于各種關(guān)鍵領(lǐng)域，尤其是和安全相關(guān)的安全鄰域。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這些系統(tǒng)面臨著各種各樣的安全挑戰(zhàn)。在實(shí)際的應(yīng)用中，這類系統(tǒng)的內(nèi)部消息傳播面臨著惡意竊聽(tīng)等安全威脅。為了抵御惡意竊聽(tīng)，可以引入相應(yīng)的安全保護(hù)措施，比如對(duì)消息進(jìn)行加解密處理。然而，如今針對(duì)加解密算法的錯(cuò)誤注入攻擊成為破譯密碼算法的有效手段，即使安全強(qiáng)度極高的AES也無(wú)法避免來(lái)自錯(cuò)誤注入攻擊的威脅。錯(cuò)誤注入攻擊不但使得加解密不再安

2、全，同時(shí)注入的錯(cuò)誤也使得消息失去了原來(lái)的意思。因此，這就要求我們的系統(tǒng)引入安全服務(wù)和容錯(cuò)服務(wù)以抵御這些安全威脅，使得我們的系統(tǒng)不僅能夠防止惡意竊聽(tīng)，同時(shí)能夠及時(shí)檢測(cè)加解密過(guò)程中的錯(cuò)誤，并能夠及時(shí)糾正。然而引入安全服務(wù)和容錯(cuò)服務(wù)必然導(dǎo)致需要更多的計(jì)算資源，增加系統(tǒng)的時(shí)間開(kāi)銷，從而會(huì)危及系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。因此如何平衡系統(tǒng)的安全強(qiáng)度、容錯(cuò)級(jí)別和實(shí)時(shí)性，為分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)尋求最大的安全強(qiáng)度最高的容錯(cuò)級(jí)別，成為我們亟需解決的問(wèn)題。本文主要針對(duì)分布式實(shí)時(shí)

3、應(yīng)用，在確保實(shí)時(shí)性的前提下，從系統(tǒng)的安全問(wèn)題和容錯(cuò)問(wèn)題出發(fā)，探討如何量化整個(gè)系統(tǒng)的安全強(qiáng)度和容錯(cuò)級(jí)別，從而為整個(gè)系統(tǒng)分配最合理的容錯(cuò)方案。
　　首先，為了防止針對(duì)實(shí)時(shí)系統(tǒng)中消息傳播的惡意竊聽(tīng)，我們對(duì)消息進(jìn)行了加密處理。而為了抵御針對(duì)密碼算法的錯(cuò)誤注入攻擊，同時(shí)為了防止消息被注入錯(cuò)誤而失去真實(shí)性，我們基于錯(cuò)誤檢測(cè)碼確定了10種不同的錯(cuò)誤檢測(cè)方案，以此對(duì)消息的加解密過(guò)程進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)。為了最大化系統(tǒng)的安全強(qiáng)度和錯(cuò)誤檢測(cè)級(jí)別，我們提出了基

4、于模擬退火和列表調(diào)度的啟發(fā)式算法，前者用來(lái)搜索最優(yōu)解，后者用于任務(wù)的可調(diào)度性測(cè)試。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真驗(yàn)證了所提算法的有效性。
　　在不考慮消息權(quán)重的前提下，除了考慮最大化系統(tǒng)的安全強(qiáng)度和錯(cuò)誤檢測(cè)級(jí)別，本文也提出了最小化不同安全任務(wù)異構(gòu)度的優(yōu)化模型。為了求解該多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題，本文基于快速非支配排序算法，提出了改進(jìn)的方法，使得非支配解的搜索效率有所提高。同時(shí)我們將NSGA-II算法的進(jìn)化策略運(yùn)用于我們的優(yōu)化算法中，最后形成了我們的多目標(biāo)進(jìn)化

5、算法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，我們所提的多目標(biāo)進(jìn)化算法可以在更短的時(shí)間內(nèi)尋找到更好的錯(cuò)誤檢測(cè)方案。
　　在我們構(gòu)建的分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中，除了能夠防止惡意竊聽(tīng)、錯(cuò)誤注入攻擊和具備錯(cuò)誤檢測(cè)的功能，我們還希望系統(tǒng)能夠具有一定的錯(cuò)誤恢復(fù)功能。由此，在錯(cuò)誤檢測(cè)的基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)了相應(yīng)的糾錯(cuò)方案，從而構(gòu)建起我們最終的容錯(cuò)模型。為了使我們的容錯(cuò)系統(tǒng)在時(shí)間約束下具備最好的容錯(cuò)級(jí)別，同時(shí)為了平衡不同安全任務(wù)的異構(gòu)度，我們建立了最大化容錯(cuò)覆蓋率和最小化異構(gòu)度的雙