33、可信计算推理控制新范式与物理访问控制安全模式

可信计算推理控制新范式与物理访问控制安全模式

在当今数字化和信息化高度发展的时代，数据安全和访问控制变得至关重要。一方面，数据库系统面临着各种安全威胁，如推理攻击、勾结攻击等，需要有效的推理控制机制来保护敏感信息；另一方面，物理安全在9·11事件后受到了更多关注，物理访问控制也成为了一个重要的研究领域。本文将介绍一种新的推理控制架构和协议，以及物理访问控制的安全模式。

推理控制协议的安全性分析

在数据库系统中，推理控制协议的安全性是至关重要的。该协议在假设底层可信平台模块（TPM）完美的情况下，本质上可视为身份管理中心（ICM）和访问控制模块（ACM）之间的认证协议。其目标是在ACM发出任何查询响应之前，验证ICM的安全状态。

为了证明该协议的安全性，可以使用基于通信顺序进程（CSP）的秩函数方法。具体操作步骤如下：
1. 协议建模 ：将协议捕获为CSP进程，描述每个系统方的行为。
2. 环境建模 ：将环境（攻击者）也描述为CSP进程，它是一个不可靠的介质，可能会丢失、重新排序和复制消息。
3. 安全需求建模 ：将协议的安全需求表示为对整个系统可观察行为的特定规范。

当这些组件建模完成后，就可以使用成熟的证明技术来验证协议是否满足其安全要求。通过这种方式，可以消除针对认证协议的典型攻击，如重放攻击和伪装攻击。

推理控制协议的扩展

推理控制协议还需要应对一些常见的攻击，以下是针对不同攻击场景的扩展：
- 抵御勾结攻击 ：勾结攻击是推理控制系统面临的典型攻击。多个用户组成勾结组，组合他们的查询日志以推断单个查询日志无法得出的敏感信息。为了抵御这种攻击，可以采取以下措施：
- ICM使用秘密密钥对查询日志进行加密，该密钥只能通过TPM的密封存储进行存储和检索。
- 在协议中，将解封装操作的授权数据更改为SHA1(密码||加密查询日志的摘要)。
- 数据库服务器可以管理中央查询日志，当勾结组中的用户发出查询时，服务器将其他用户的查询发送给该用户的ICM，ICM基于组合的查询执行推理控制。
- 用户使用多台主机 ：原协议设计适用于用户绑定到单台主机的场景。如果用户可以使用多台主机查询数据库，不同主机上的查询日志可能无法在执行推理控制的当前主机上使用。解决方案是让数据库服务器维护中央查询日志，根据用户身份和主机身份收集用户查询。当用户从某台主机发出查询时，ACM将该用户从其他主机发出的先前查询传递到当前主机以执行推理控制。
- 数据库更新 ：数据库更新（如删除某些记录）可能需要更新用户端的查询日志。为了便于更新，数据库服务器可以管理中央查询日志。在数据库更新时，服务器确定受更新过程影响的查询集。当用户查询数据库时，服务器首先检查属于该用户的受影响查询，然后通知用户更新其查询日志，以便基于最新的查询日志执行推理控制。

推理控制协议的结论

这种新的推理控制架构和协议将推理控制任务分散到每个用户的主机上，前提是用户主机配备了可信计算技术。通过分散高度计算密集型的推理控制任务，该解决方案具有更好的系统可扩展性，适合在现实世界的数据库系统中支持大量用户。与传统的推理控制配置相比，它消除了服务器端执行推理控制的瓶颈，为推理控制的实际实现确定了新的范式。

物理访问控制的安全模式

物理安全在当今社会变得越来越重要，特别是在保护建筑物、机场、港口等物理结构方面。然而，物理访问控制领域的研究相对较少，而信息访问控制领域有丰富的文献。近年来，这两个领域有融合的趋势，但不同的符号和实现细节使得融合变得困难。

为了实现信息和物理访问控制的统一，可以使用安全模式。安全模式是对特定上下文中反复出现的问题的封装解决方案。以下是几个物理访问控制的安全模式：
- 报警监控 ：定义了在系统中引发可能需要特别关注的事件的方式，如门被篡改。
- 继电器 ：定义了与电子控制开关的交互。
- 物理结构访问控制 ：将认证和授权（基于角色的访问控制，RBAC）应用于物理单元的访问控制，包括报警监控、继电器和时间调度。

这些模式之间的关系可以用以下mermaid流程图表示：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(Alarm Monitoring):::process --> C(Access Control to Physical Structures):::process
    B(Relays):::process --> C
    D(Scheduler):::process --> C
    E(Physical Structure):::process --> C
    F(Role-Based Access Control):::process --> C
    G(Reference Monitor):::process --> C
    H(Authenticator):::process --> C

通过这些安全模式，可以定义更具体的模式来构建特定协议的系统或定义新的协议，还可以将它们组合成复杂的系统。这种方法有助于抽象出安全需求，而不考虑特定标准的细节，从而实现信息和物理访问控制的有效统一。

综上所述，无论是推理控制协议还是物理访问控制的安全模式，都是为了应对日益复杂的安全挑战，保护数据和物理资产的安全。这些技术和方法的应用将有助于构建更加安全可靠的信息和物理系统。

可信计算推理控制新范式与物理访问控制安全模式

物理访问控制安全模式的详细介绍

为了更好地理解物理访问控制的安全模式，下面将详细介绍各个模式的具体内容和作用。

报警监控模式

报警监控模式主要用于在系统中检测并引发需要特别关注的事件。例如，当门被篡改时，系统会触发相应的报警事件。该模式的工作流程如下：
1. 事件检测 ：系统中的传感器实时监测物理单元的状态，如门的开启、关闭状态，是否有异常震动等。
2. 事件判断 ：当传感器检测到异常状态时，将数据传输到监控中心，监控中心根据预设的规则判断是否需要触发报警。
3. 报警触发 ：如果判断为需要报警的事件，系统会通过声音、灯光等方式发出警报，并记录相关事件信息。

以下是一个简单的表格，展示了报警监控模式的主要组成部分和功能：
| 组成部分 | 功能 |
| ---- | ---- |
| 传感器 | 实时监测物理单元状态 |
| 监控中心 | 判断事件是否需要报警 |
| 报警设备 | 发出警报信号 |
| 记录系统 | 记录报警事件信息 |

继电器模式

继电器模式定义了与电子控制开关的交互方式。在物理访问控制中，继电器可以用于控制门的开启和关闭、灯光的开关等。其操作步骤如下：
1. 接收控制信号 ：继电器接收来自控制系统的控制信号，该信号可以是电信号、数字信号等。
2. 信号处理 ：继电器对接收的信号进行处理，判断是否需要执行相应的操作。
3. 开关控制 ：根据处理结果，继电器控制电子开关的开启或关闭，从而实现对物理设备的控制。

下面是一个mermaid流程图，展示了继电器模式的工作流程：

graph LR
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    A(接收控制信号):::process --> B(信号处理):::process
    B --> C{是否执行操作?}:::process
    C -- 是 --> D(控制开关开启/关闭):::process
    C -- 否 --> E(等待新信号):::process

物理结构访问控制模式

物理结构访问控制模式是一个综合的模式，它将认证和授权（RBAC）应用于物理单元的访问控制，同时结合了报警监控、继电器和时间调度等功能。其主要步骤如下：
1. 身份认证 ：用户通过刷卡、指纹识别等方式进行身份认证，系统验证用户身份的合法性。
2. 授权检查 ：根据用户的身份和权限，系统检查用户是否有权限访问特定的物理单元。
3. 时间检查 ：系统检查当前时间是否在允许访问的时间范围内。
4. 访问控制 ：如果用户身份合法、有权限且时间符合要求，系统通过继电器控制门的开启；否则，拒绝访问并可能触发报警。

以下是一个表格，总结了物理结构访问控制模式的主要步骤和作用：
| 步骤 | 作用 |
| ---- | ---- |
| 身份认证 | 验证用户身份的合法性 |
| 授权检查 | 确定用户是否有权限访问 |
| 时间检查 | 确保访问时间符合规定 |
| 访问控制 | 控制门的开启和关闭 |

物理访问控制安全模式的应用与优势

物理访问控制的安全模式在实际应用中具有重要的价值和优势。

应用场景

• 商业建筑 ：可以控制员工和访客对不同区域的访问，保护商业机密和资产安全。
• 机场和港口 ：确保只有授权人员能够进入敏感区域，提高公共安全。
• 政府机构和军事基地 ：严格控制人员进出，防止未经授权的访问和信息泄露。

优势

• 提高安全性 ：通过多重认证和授权机制，有效防止非法访问，保护物理资产和信息安全。
• 灵活性 ：可以根据不同的需求和场景，灵活配置安全模式，满足多样化的安全要求。
• 可扩展性 ：各个安全模式可以相互组合，构建复杂的安全系统，适应不断变化的安全环境。

总结与展望

本文介绍了一种新的推理控制架构和协议，以及物理访问控制的安全模式。推理控制协议通过分散推理控制任务，提高了系统的可扩展性，为数据库系统的安全提供了有效的保障。物理访问控制的安全模式则通过抽象安全需求，实现了信息和物理访问控制的统一，提高了物理系统的安全性和管理效率。

在未来，随着信息技术的不断发展和安全需求的不断提高，这些技术和方法将不断完善和创新。例如，推理控制协议可能会结合更先进的加密技术和机器学习算法，提高对复杂攻击的抵御能力；物理访问控制的安全模式可能会与物联网技术相结合，实现更智能化的安全管理。我们相信，这些技术的发展将为构建更加安全可靠的信息和物理系统提供有力支持。