[发明专利]一种基于电力系统的安全操作系统设计方法

说明书

本发明公开了一种基于电力系统的安全操作系统设计方法,所述方法包括以下步骤：第一步，系统需求分析和规划设计；第二步，uBLP安全模型的研究及其Z语言规范描述；第三步，内核安全访问控制的设计与实现；第四步，系统模块的设计；第五步，内核测试和性能分析。本发明的基于电力系统的安全操作系统设计方法，将以电力领域作为研究背景，分析嵌入式系统在联网通讯中出现的安全威胁，制定相应的安全策略，提出安全解决方案。

技术领域

本发明涉及一种基于电力系统的安全操作系统设计方法，属于计算机软硬件设计技术领域。

背景技术

近些年来，随着以计算机技术，通讯技术为主的信息技术的快速发展和Internet的广泛应用，传统的控制学科正在发生变革，出现了许多新的生长点；随着工业界对智能控制要求的不断提高，形式多样的数字化智能产品应运而生，并且成为代替通用PC及进行信息处理的主要部件，在这些部件中都嵌入了微处理器，成为所谓的嵌入式系统；一般而言，嵌入式操作系统比通用的操作系统简单，但是各种不同的嵌入式产品对其有不同的特殊要求，所以嵌入式操作系统的种类繁多、性能各异；嵌入式系统领域，有很多实时系统可以选择，在实际应用中，嵌入式操作系统又可以分为两类：一类是面向控制、通信等领域的实时操作系统。嵌入式系统在电力领域有着广泛的应用基础；随着电力系统规模的扩大和自动化水平的提高，电力系统对底层设备的可靠性、安全性要求越来越高；但是由于嵌入式系统本身条件的限制，嵌入式操作系统的安全防护能力有限，系统的信息安全面临极大的挑战；在嵌入式操作系统领域，安全开发正处于一个起步阶段，目前的嵌入式操作系统主要考虑的是它的实时性和稳定性，没有对安全性做出太多的考虑，这显然不能满足电力领域越来越紧迫的安全性需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出了一种基于电力系统的安全操作系统设计方法，将以电力领域作为研究背景，分析嵌入式系统在联网通讯中出现的安全威胁，制定相应的安全策略，提出安全解决方案。

本发明的基于电力系统的安全操作系统设计方法，所述方法包括以下步骤：

第一步，系统需求分析和规划设计，

a.选取电力子站作为设计目标，在系统功需求分析的基础上，研究子站系统在联网的情况下所面临的威胁；

b.提出系统设计所遵循的设计模式，并对系统进行层次的划分和整体框架设计；设计屏蔽了底层和任务调度的复杂性，保证了底层内核的稳定性，也减少了用户程序设计的复杂度，从而能够提高整个嵌入式系统的可靠；

第二步，uBLP安全模型的研究及其Z语言规范描述，针对嵌入式系统的固有特点，在分析BLP安全模型的基础上，设计一个应用于嵌入式安全问题的四LP模型；

第三步，内核安全访问控制的设计与实现，根据上一步提出的安全模型，实现内核的访问控制，

a.设计实现安全标记、强制访问控制、安全审计等功能，对安全内核中各模块的实现进行详细地阐述；安全核的设计目标虽然是电力领域的嵌入式设备，但其结构和思想具有通用性，可以移植到其他的嵌入式或通用操作系统；

b.在完成内核设计与实现的基础上，对扩展层进行分析和设计；

第四步，系统模块的设计，

a.在实现安全内核的基础上，提出对内核扩展层的设计；

b.对文件描述符和socket操作访问控制；实质上均是对I/O描述符的操作；

第五步，内核测试和性能分析，通过测试，证明对内核客体对象的访问控制已符合设计要求，并且系统在增加正确的访问控制后，实时性能损耗在预想范围之内，并符合电力领域的实时控制规范。

进一步地，所述第二步中的四LP模型采用Z语言做形式化规范，包括对模型的定义和转换规则的规范描述，为以后的证明工作做了铺垫。