CFL_BLP模型

范文釗，范宇寧，和子郅，范修斌，崔曉風(fēng)，王福馳

（1.新泰市第一中學(xué)，山東 新泰 271200；2.泰山學(xué)院 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，山東 泰安 271000；3.中國科學(xué)院軟件研究所青島分部（青島工業(yè)軟件研究所），山東 青島 266114；4.青島博文廣成信息安全技術(shù)有限公司，山東 青島 266235）

CFL［1-13］是基于標(biāo)識的證書認(rèn)證體制，它由陳華平將軍、范修斌教授、呂述望教授三位博導(dǎo)于2009年發(fā)明。

BLP模型是Bell-LaPadula模型［14-21］的簡稱，它是D.Elliott Bell和Leonard J.LaPadula于1973年創(chuàng)立的一種模擬軍事安全策略的計(jì)算機(jī)操作模型，它是最早、也是最常用的一種計(jì)算機(jī)多級安全模型。

但是，對于該模型中的賦權(quán)結(jié)果，該模型自身是無法提供完整性保護(hù)的，因此，該模型是需要擴(kuò)充的。本文給出CFL_BLP模型。給出了CFL_BLP模型的八元組、安全公理以及安全規(guī)則。該模型保證了用戶的BLP模型的權(quán)限的完整性，確保了BLP模型的可信性、安全性。在防范隱蔽信道的基礎(chǔ)上，基于CFL_BLP模型可以實(shí)現(xiàn)自主可控等級保護(hù)高等級安全的信息系統(tǒng)。

操作系統(tǒng)一般由進(jìn)程管理、內(nèi)存管理以及文件管理三部分構(gòu)成。本文的研究結(jié)果對構(gòu)建自主可控的安全操作系統(tǒng)具有重要的理論和實(shí)踐價(jià)值。

1 CFL_BLP模型八元組

定義1 CFL_BLP模型即為t∈T＝｛0,1,2,…,t,…｝＝N時(shí)刻計(jì)算機(jī)系統(tǒng)SYt的一個八元組，即

SYt＝（St.Ot，RA，A，D，Mt，BLP（St，Ot），CFL）

①get:

a)在t時(shí)刻的主體集合中添加一個主體，并且給該主體安全級賦值。

b)在t時(shí)刻的主體集合中添加一個主體，并且給該主體當(dāng)前安全級賦值。

c)在t時(shí)刻的客體集合中添加一個客體，并且給該客體安全級賦值。

②release:

a)從t時(shí)刻BLP模型主體中刪除一個主體。

b)從t時(shí)刻BLP模型客體中刪除一個客體。

③give:擴(kuò)充Mt某點(diǎn)集合的元素。

④rescind:刪減Mt某點(diǎn)集合的元素。

⑤change:更改BLP模型客體安全級，或更改BLP模型主體當(dāng)前安全級。

⑥create:創(chuàng)建一個新客體添加到當(dāng)前的樹型結(jié)構(gòu)，并給BLP權(quán)限賦值。

⑦delete:從樹型結(jié)構(gòu)中刪除一個客體。

（4）A［14-21］A＝｛e,r,a,w,c｝，即主體訪問客體的訪問方式的集合，其中：

①e:execute，執(zhí)行(neither observation nor alteration)。

②r:only read，只讀(observation with no alteration)。

③a:append，只寫(alteration with no observation)。

④w:read and write，讀寫(both observation and alteration)。

⑤c:control，是指某特殊主體用來授予或撤銷另一主體對某一客體的訪問權(quán)限的能力。自主訪問矩陣，BLP模型偏序關(guān)系都涉及該命令。

（5）D［14-21］：D＝｛yes,no,error,?｝，系統(tǒng)接收到主體對客體的請求訪問操作后，會對請求訪問操作進(jìn)行判定，其即為判定的結(jié)果集合，其中：

①yes：表示請求被執(zhí)行。

②no：表示請求被拒絕。

③error：表示有多個規(guī)則適用于這一請求，并拒絕執(zhí)行。

④?：表示不能處理此請求。

（6）Mt［14-21］：即t時(shí)刻自主訪問控制矩陣。其中的點(diǎn)是某主體對某客體可操作的集合。它是一個超矩陣。

（7）BLP［14-21］：即CFL_BLP模型公理I和公理II。

注1 C［14-21］：C＝｛c1,c2,…,cq｝，其中c1＞c2＞…＞cq。一個主體或客體的密級一般分為公開文件、內(nèi)部文件、秘密文件、機(jī)密文件、絕密文件等級。K［14-21］：K＝｛k1,k2,…,kr｝，，即主客體組織機(jī)構(gòu)隸屬關(guān)系。例如某單位一處包含一處一科、一處二科、一處三科等。安全級集合定義為F＝C×K。

①f(s)＝(C(s),K(s))：稱其為主體s的BLP模型一般安全級函數(shù)。

②f(o)＝(C(o),K(o))：稱其為客體o的BLP模型安全級函數(shù)。

③fc(s)＝(Cc(s),Kc(s))稱其為主體s的BLP模型當(dāng)前（current）安全級函數(shù)。當(dāng)前和一般是或者關(guān)系，當(dāng)前、一般與自主訪問控制矩陣Mt是并且關(guān)系。

（8）CFL［1-13］：包括CFL簽名驗(yàn)證，CFL SSL，CFL本地加解密等。CFL數(shù)據(jù)格式如下：①CFL簽名文件：明文||BLP模型權(quán)限||自己的證書||簽名。文件.cfl_sign。

②CFL加密文件：密文||BLP模型權(quán)限||自己的證書||簽名。文件.cfl_bcipher。

③CFL信封文件：密文||BLP模型權(quán)限||對方的證書||自己的證書||簽名。文件.cfl_pcipher。

CFL＝｛簽名，驗(yàn)證，公鑰加密，公鑰解密，對稱密碼加密，對密碼解密｝

通過CFL證書中BLP模型權(quán)限標(biāo)識，確定訪問主體的訪問權(quán)限。這種辦法通過CFL證書簽名支持了BLP模型中的用戶權(quán)限的信息安全完整性。

2 CFL_BLP模型安全公理

記βt＝｛（st,i,ot,x）｝，即所有主體和客體可以操作的方式的集合。

記b＝｛（s：x1,x2,…,xn）｝為主體s具有訪問權(quán)限x1、或者x2、…(1≤i≤n) 的客體集合。

公理1［14-21］BLP模型簡單安全性（Simple-Security Property）。

注2 可專指不帶參數(shù)的命令。滿足BLP模型簡單安全性的主體稱為可信主體。

公理2［14-21］BLP模型*特性（*property）。

注3 當(dāng)同一個主體執(zhí)行簡單安全性時(shí)是可信主體，執(zhí)行*特性時(shí)是非可信主體。

公理 3［14-21］（自主安全性）（Discretionary-Security）。

公理4［14-21］（兼容性公理）（Compatibility）。

注4 H(ot,i)是指客體ot,i子節(jié)點(diǎn)的集合。

公理5（CFL公理）（CFL）

（1）CFL簽名文件：文件類型標(biāo)記||明文||BLP模型權(quán)限||自己的證書||簽名。文件.cfl_sign。

（2）CFL加密文件：文件類型標(biāo)記||密文||BLP模型權(quán)限||自己的證書||簽名。文件.cfl_bcipher。

（3）CFL信封文件：文件類型標(biāo)記||密文||BLP模型權(quán)限||對方的證書||自己的證書||簽名。文件.cfl_pcipher。

注5時(shí)間戳已含在動態(tài)CFL證書中。

3 CFL_BLP模型狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則

文獻(xiàn)［14-21］有11個BLP模型轉(zhuǎn)換規(guī)則。在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)上節(jié)五個安全公理，我們給出CFL_BLP模型的轉(zhuǎn)換規(guī)則。

規(guī)則1（R1） 主體st,i對客體ot,j請求“讀”訪問：get-read。

條件命題如下：

（1）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflSt,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

r∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“讀”權(quán)限；

fc(st,i)?f(ot,j)，即主體的一般安全級支配客體ot,j的安全級；

則系統(tǒng)執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“讀”請求。

（2）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflSt,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

r∈mt,i,j，即主體的訪問屬性中有對客體ot,j的“讀”權(quán)限；

fc(st,i)?f(ot,j)，即主體st,i當(dāng)前的安全級支配客體ot,j的安全級；

則系統(tǒng)也執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“讀”請求。

規(guī)則2（R2） 主體st,j對客體ot,j請求“添加”訪問：get-append.

條件命題如下：

（1）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

a∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“添加”權(quán)限；

fc(st,i)?f(ot,j)，即主體st,j的一般安全級被客體ot,j的安全級支配；

則系統(tǒng)執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“添加”請求。

（2）cflsyt((st,i))=1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflSt,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

a∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“添加”權(quán)限；

fc(st,i)?f(ot,j)，即主體st,i當(dāng)前的安全級被客體ot,j的安全級支配；

則系統(tǒng)也執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“添加”請求。

規(guī)則3（R3） 主體st,i對客體ot,j請求“執(zhí)行”訪問：get-execute。

條件命題如下：

cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

e∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“執(zhí)行”權(quán)限；

則系統(tǒng)執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“執(zhí)行”請求。

規(guī)則4（R4）主體對客體請求“讀寫”訪問：get-write.

條件命題如下：

（1）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,i))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

w∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“讀寫”權(quán)限；

f(st,i)?f(ot,j)，即主體st,i的一般安全級等于客體ot,j的安全級；

則系統(tǒng)執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“讀寫”請求。

（2）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

w∈mt,i,j，即主體st,i的訪問屬性中有對客體ot,j的“讀寫”權(quán)限；

fc(st,i)?f(ot,j)，即主體st,i的當(dāng)前安全級等于客體ot,j的安全級；

則系統(tǒng)執(zhí)行主體st,i對客體ot,j“讀寫”請求。

規(guī)則5（R5） 主體釋放對客體訪問屬性：release-read/execute/write/append。

條件命題如下：

cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cfls，i（（ot,j））＝1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

BLP←(BLP＼｛(st,i,ot,j,x)｝)＼｛(st,i,ot,j,x)c｝，即將從主體st,i的BLP模型訪問屬性中去除對客體ot,j的x訪問屬性，并保護(hù)該集合的完整性。

規(guī)則6（R6） 授予另一主體對客體訪問屬性：give-read/execute/write/append。

條件命題如下：

（1）cflsyt((st,λ))＝1，即系統(tǒng)對主體st,λCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflsy,t((st,i))=1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,λ((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

客體ot,j不是層次樹的根結(jié)點(diǎn)；

主體st,λ對ot,j的父結(jié)點(diǎn)ot,j有“讀寫”權(quán)限，即w ∈ mt,λ,k,ot,k＝ot,j，則主體st,λ可以授予另一主體st,i對客體ot,j的訪問權(quán)限-x；

（2）cflsyt((st,λ))＝1，即系統(tǒng)對主體st,λCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflsy,t((st,i))=1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

客體ot,j是層次樹的根結(jié)點(diǎn)，并且主體有權(quán)授予其他主體對體ot,j的訪問矩陣中的權(quán)，即 GLVE(st,λ,ot,j,-x)為真。

規(guī)則7（R7） 撤銷另一主體對客體訪問屬性：rescind-read/execute/write/append。

條件命題如下：

（1）cflsyt((st,λ))＝1，即系統(tǒng)對主體st,λCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflsyt((st,i))=1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

客體ot,j不是層次樹的根結(jié)點(diǎn)，并且主體st,λ的訪問屬性中有對ot,j的父結(jié)點(diǎn)ot,j的“讀寫”權(quán)限，即∈ mt,λ,k,ot,k＝ot,j；

主體st,λ可以撤銷另一主體st,i對客體ot,j的訪問權(quán)限；

（2）cflsyt((st,λ))＝1，即系統(tǒng)對主體st,λCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflsy,t((st,i))=1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

客體ot,j是層次樹的根結(jié)點(diǎn)，并且主體st,λ有權(quán)撤銷其他主體對ot,j的訪問矩陣中的權(quán)，即 RESIND(st,λ,ot,j,-x)為真。

規(guī)則8（R8） 創(chuàng)建一客體（保持兼容性）：create-object.

條件命題如下：

cflst,i((o′))=1，即主體st,i對客體o'進(jìn)行CFL簽名；

o′∈b(st,i∶w)或o′∈b(st,i∶a)，即主體st,i可以以“讀寫”權(quán)限或“添加”權(quán)限訪問父結(jié)點(diǎn)o′；

并且f(o′)?f(o′)；

則主體st,i可以創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)o′，即o′∈H(o′)。

注6o′∈b(st,i∶x)是指自主訪問控制矩陣和BLP模型訪問控制權(quán)限都具有-x的訪問權(quán)限。對于BLP模型的訪問權(quán)限，在簡單安全性或*特性中有一個滿足即可。

規(guī)則9（R9） 表示刪除一組客體：delete-object-group.

條件命題如下：

cflst,i((o′))=1，即主體st,i對客體o′的CFL簽名驗(yàn)證通過；

o′∈b(st,i∶w)，即主體st,i對客體o′的父結(jié)點(diǎn)o′有“讀寫”權(quán)限并且客體o′不是根結(jié)點(diǎn)；

則主體st,可以刪除客體o′，以及?o∈H(o′)，即包括o′下面的所有子節(jié)點(diǎn)客體。

規(guī)則10（R10） 改變主體當(dāng)前安全級：change-subject-current-security-level。

條件命題如下：

f(st,i)?l；

則fc(st,i)l。

規(guī)則11（R11） 改變客體的安全級：change-object-security-level：

條件命題如下：

（1）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,i((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

st,i是可信主體；

fc(st,i)?f(ot,j)；

?st,i∈St,ot,j∈b(st,j∶r,w)?f(st,i)?lu；

ot,j∈H(ot,j)，lu?f(ot,j)；

CHABGE(st,i,ot,j,lu)為真，即主體st,i有權(quán)改變客體ot,j的安全級到lu；

（2）cflsyt（（st,i））＝1，即系統(tǒng)對主體st,iCFL證書簽名驗(yàn)證通過；

cflst,j((ot,j))=1，即主體st,i對客體ot,j的CFL簽名驗(yàn)證通過；

fc(st,i)?f(ot,j)；

?st,i∈St,ot,j∈b(st,j∶r,w)?f(st,j)?lu；

0t,j∈H(ot,j)，lu?f(ot,j)；

CHABGE(st,j,ot,j,lu)為真，即主體st,i有權(quán)改變客體ot,j的安全級到lu；

4 結(jié)束語

本文在CFL認(rèn)證體制、BLP模型的基礎(chǔ)上，給出了CFL_BLP模型。該模型保證了用戶的BLP模型的權(quán)限的完整性，確保了BLP模型的可信性、安全性。在防范隱蔽信道的基礎(chǔ)上，基于CFL_BLP模型實(shí)現(xiàn)自主可控等級保護(hù)高等級安全的信息系統(tǒng)。