容错增强安全关键实时应用的优化设计研究

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2、ｍ＇古分类号密级注＊ＵＤＣ；学位论文容错增强安全关缝实时应用的优化设计硏究（题名和副题名）文亮（作者姓名）指导教师江维副繼电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别￥页：１：专业学位类别１Ｃ程硕ｄｂ工程领域名称软件工程提交论文日期２０１６．０４论文答辩日期２０１６．０５学位授予单位和日期电子科技大学２０１６年０６月答辩委员会主席评阅人：：《国际十进分类法ＵＤＣ》的类号注１注明。ＤＥ別ＧＮ－ＯＰＴＩＭ－ＩＺＡＴＩＯＮＯＦｓｅｃｕｒｉｔｙｃｒｉｔｉｃ

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4、分布式嵌入式实时系统被广泛的运用于各种关键领域，尤其是和安全相关的安全邻域。随着计算机技术的发展，这些系统面临着各种各样的安全挑战。在实际的应用中，这类系统的内部消息传播面临着恶意窃听等安全威胁。为了抵御恶意窃听，可以引入相应的安全保护措施，比如对消息进行加解密处理。然而，如今针对加解密算法的错误注入攻击成为破译密码算法的有效手段，即使安全强度极高的AES也无法避免来自错误注入攻击的威胁。错误注入攻击不但使得加解密不再安全，同时注入的错误也使得消息失去了原来的意思。因此，这就要求我们的系统引入安全服务和容错服务以抵御这些安全威胁，使得我们的系统不仅能够防止恶意窃听，同时能够及时检测加解密

5、过程中的错误，并能够及时纠正。然而引入安全服务和容错服务必然导致需要更多的计算资源，增加系统的时间开销，从而会危及系统的实时性。因此如何平衡系统的安全强度、容错级别和实时性，为分布式实时系统寻求最大的安全强度最高的容错级别，成为我们亟需解决的问题。本文主要针对分布式实时应用，在确保实时性的前提下，从系统的安全问题和容错问题出发，探讨如何量化整个系统的安全强度和容错级别，从而为整个系统分配最合理的容错方案。首先，为了防止针对实时系统中消息传播的恶意窃听，我们对消息进行了加密处理。而为了抵御针对密码算法的错误注入攻击，同时为了防止消息被注入错误而失去真实性，我们基于错误检测码确定了10种不同

6、的错误检测方案，以此对消息的加解密过程进行错误检测。为了最大化系统的安全强度和错误检测级别，我们提出了基于模拟退火和列表调度的启发式算法，前者用来搜索最优解，后者用于任务的可调度性测试。通过实验仿真验证了所提算法的有效性。在不考虑消息权重的前提下，除了考虑最大化系统的安全强度和错误检测级别，本文也提出了最小化不同安全任务异构度的优化模型。为了求解该多目标优化问题，本文基于快速非支配排序算法，提出了改进的方法，使得非支配解的搜索效率有所提高。同时我们将NSGA-II算法的进化策略运用于我们的优化算法中，最后形成了我们的多目标进化算法。实验结果表明，我们所提的多目标进化算法可以在更短的时间内

7、寻找到更好的错误检测方案。在我们构建的分布式实时系统中，除了能够防止恶意窃听、错误注入攻击和具备错误检测的功能，我们还希望系统能够具有一定的错误恢复功能。由此，在I摘要错误检测的基础上，本文设计了相应的纠错方案，从而构建起我们最终的容错模型。为了使我们的容错系统在时间约束下具备最好的容错级别，同时为了平衡不同安全任务的异构度，我们建立了最大化容错覆盖率和最小化异构度的双目标优化模型。最后，为了进一步的提高整个系统的安全强度和容错级别