計算機ESM嵌入式操作系統JetOS的設計

【摘 要】計算機已成為現代社會(huì )人們學(xué)習和工作不可代替的主要工具。計算機的安全問(wèn)題也成為人們研究的熱點(diǎn)，結合嵌入式系統的研究，在通用計算機的主板上內置一個(gè)嵌入式安全系統ESM，通過(guò)在通用計算機內部增加硬件和軟件控制來(lái)增強通用計算機的安全性，從而達到建立一個(gè)可信計算機系統的要求。ESM包括一個(gè)硬件模塊和一個(gè)微型的操作系統，設計靈活，擴充性好，能將計算機的功能進(jìn)一步地擴大和延伸，使其成為一個(gè)更加安全可靠，并且適用范圍更廣的安全計算機系統。

【關(guān)鍵詞】嵌入式系統 JetOS設計 計算機安全

ESM的嵌入式操作系統JetOS設計。ESM還包括一個(gè)嵌入式操作系統JetOS，主要負責對嵌入式模塊的管理。JetOS的軟件模塊主要分為6大部分：主控系統、通訊系統、命令處理系統、智能卡接口模塊、文件系統、密鑰管理系統。每一個(gè)都和其他的模塊有一定的聯(lián)系，但并不是全互聯(lián)的。

1 主控系統

主控系統負責監控通訊通道，同時(shí)要控制ESM自身系統的安全和穩定運行。與它有聯(lián)系的有3個(gè)子系統：通訊子系統、命令處理子系統和智能卡接口子系統。因此它要控制并管理這3個(gè)子系統的正常運行，他們之間主要是調用和被調用的關(guān)系：代寫(xiě)醫學(xué)論文主控系統會(huì )監控系統異常和正常事件的發(fā)生，一旦被激活，它會(huì )調用通訊系統與主機通訊，接收命令，轉而調用命令處理子系統，對主機的要求做出響應。如果是和智能卡相關(guān)的，它會(huì )直接調用智能卡接口模塊。主控模塊并不直接和文件系統以及密鑰管理系統關(guān)聯(lián)，它只是通過(guò)命令處理系統來(lái)調用。主控系統還執行有權限的開(kāi)關(guān)機功能，這也是通過(guò)對智能卡接口模塊和通訊系統的調用來(lái)實(shí)現的。

2 處理子系統

JetOS提供給主機的命令調用功能都是通過(guò)命令處理子系統來(lái)實(shí)現的。命令處理子系統連接了4個(gè)主要的系統模塊。由于命令處理模塊要執行各種安全功能或操作，它必須能夠自主調用所需要的資源。但在超循環(huán)結構中，命令處理子系統是不能自主運行的，它屬于前臺系統，它必須通過(guò)主控系統的調用來(lái)激活。同時(shí)它要受到主控系統的監控，代寫(xiě)英語(yǔ)論文一旦命令處理模塊執行異?；蚺龅椒欠ú僮?，主控系統會(huì )直接采取相應措施來(lái)控制主機，這是通過(guò)檢測命令處理系統的返回應答碼來(lái)實(shí)現的。

3 通訊系統

通訊系統是ESM和主機之間的唯一接口，是控制和主機相互通訊和傳送控制命令的通道。

它包含一個(gè)命令通道、一個(gè)輔助的數據通道以及一個(gè)控制用通道。命令通道提供了和主機的函數調用接口、輔助的數據通道通過(guò)PCI總線(xiàn)方式來(lái)傳輸大容量數據，主要是加解密數據、控制用通道利用I2C總線(xiàn)來(lái)傳輸控制信號控制主機外設。

4 管理系統

密鑰管理是實(shí)現整個(gè)ESM系統安全的一個(gè)重要組成部分，這里考慮在JetOS中實(shí)現一個(gè)簡(jiǎn)單的密鑰管理功能，實(shí)現除了能夠對自身所提供的加解密和認證簽名系統提供支持外，還一定程度上實(shí)現整個(gè)系統環(huán)境下的密鑰管理系統的局部功能。

5 智能卡接口模塊

智能卡的硬件接口是用GPIO實(shí)現的，在JetOS中，需要用純軟件模擬的方式來(lái)控制智能卡設備，需要一個(gè)專(zhuān)門(mén)的智能卡接口模塊。它通過(guò)控制GPIO信號來(lái)與智能卡通訊，提供了一個(gè)標準的智能卡軟件接口。它受主控系統的調用，同時(shí)也受命令處理系統的調用。主控系統在執行開(kāi)關(guān)機權限檢測或身份認證，卡異常監控等功能時(shí)，會(huì )直接調用智能卡接口來(lái)執行卡操作。而碰到通用性智能卡應用比如卡驗證，加解密，圈存圈提（銀行應用）時(shí)，會(huì )由命令處理模塊來(lái)發(fā)出調用命令。

6 文件系統

在JetOS管理ESM并執行各項功能時(shí)，需要一個(gè)簡(jiǎn)單的文件系統來(lái)存貯各種重要的JetOS系統文件和應用參數。文件系統同時(shí)考慮了密鑰管理系統的實(shí)現，因為密鑰管理系統的一部分需要文件系統的支持，同時(shí)文件系統也給ESM系統本身功能和應用的升級留下了擴充的余地，可以在文件系統中建立多個(gè)應用文件或多個(gè)功能性文件等。

應注意在JetOS的模塊圖中并沒(méi)有內存管理模塊，并不是完全沒(méi)有內存管理，只是內存管理的實(shí)現十分簡(jiǎn)單，而且由于ESM的資源有限，實(shí)現一個(gè)完整的內存管理并沒(méi)有必要，因此考慮了一種很簡(jiǎn)單的內存管理方式，在設計中采用順序存儲的方式，利用鏈表域來(lái)查找內存區域，內存并沒(méi)有分配和回收，由于應用的特殊性，代寫(xiě)職稱(chēng)論文產(chǎn)生的碎片對系統性能的影響并不大。

7 計算機安全

盡管ESM的嵌入式操作系統JetOS設計可以提高計算機的安全性，但也不是唯一的一種方法，現在用于網(wǎng)絡(luò )安全的產(chǎn)品有很多，比如有防火墻、殺毒軟件、入侵檢測系統等等，但是仍然有很多黑客的非法入侵。根本原因是網(wǎng)絡(luò )自身的安全隱患無(wú)法根除，這就使得黑客進(jìn)行入侵有機可乘。雖然如此，安全防護仍然必須是慎之又慎，盡最大可能降低黑客入侵的可能，從而保護我們的網(wǎng)絡(luò )信息安全。而JetOS的總體結構設計中采用了超循環(huán)結構，那么相應的在實(shí)現策略上就應該是一種被動(dòng)的方式，即ESM系統處于一個(gè)空閑等待狀態(tài)，除了一些系統自身的例行操作之外，其余時(shí)間是等待事件的發(fā)生，主要是接收主機OS的命令，然后進(jìn)入命令處理系統進(jìn)行處理，并返回結果給OS，這是超循環(huán)結構所規定的模式。但這樣的模式不能實(shí)現主動(dòng)控制主機的功能，所以需要改進(jìn)，考慮的一種方式就是采用主動(dòng)和被動(dòng)相結合，JetOS可以被動(dòng)地接收主機發(fā)送的命令，也可以主動(dòng)向主機發(fā)送控制信號，但主要是以被動(dòng)式為主的輔助以主動(dòng)控制模式，這樣ESM同時(shí)扮演主設備和從設備。

這種策略的好處主要是靈活，可以很好地滿(mǎn)足功能設計上的各種應用需求。主動(dòng)控制模式可以有效地增強主機的安全性能?？梢哉f(shuō)主動(dòng)控制模式才真正體現了硬件一級的安全功能。

參考文獻：

[1]Wolf Wayne.嵌入式系統設計原理[M].北京:機械工業(yè)出版社，

周學(xué)廣，劉藝.信息安全學(xué)[M].北京：機械工業(yè)出版社，