Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày này, sự phát triển của công nghệ thông tin (CNTT) ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Sự bùng nổ của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ thông tin nói riêng đã đem lại rất nhiều lợi ích cho con người, rút ngắn khoảng cách về địa lý, tăng hiệu suất, tiết kiệm thời gian và chi phí cho công việc… Có thể khẳng định công nghệ thông tin đang giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển của loài người nói chung và sự phát triển kinh tế, chính trị, xã hội của một đất nước nói riêng, Việt Nam cũng không là một ngoại lệ. Việc nắm bắt được vai trò, thực trạng của CNTT nước ta sẽ giúp ta có cái nhìn tổng thể về CNTT Việt Nam đồng thời đưa ra giải pháp và các xu thế phát triển của nó đối với sự phát triển xã hội, nhằm hoàn thiện, nâng cao hiệu quả và chất lượng mạng lưới CNTT nước ta.
Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 LỜI CẢM ƠN Trước tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô giáo đã và đang công tác tại khoa An Toàn Thông Tin – Công Nghệ Thông Tin trường Học Viện Kỹ Thuật Mật Mã. Những người đã giảng dạy và cung cấp những kiến thức khoa học quý báu trong suốt những năm học vừa qua giúp em có nền tảng kiến thức để thực hiện khóa luận này. Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu xắc đến TS. Hồ Văn Hương, người đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện về nhiều mặt để em có thể hoàn thành khóa luận này. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể lớp AT3C, trường Học Viện Kỹ Thuật Mật Mã đã giúp đỡ, nhiệt tình chia sẻ đóng góp những kinh nghiệm quý báu cho em. Cuối cùng xin cảm ơn gia đình, anh chị em, bạn bè đã giúp đỡ, tạo điều kiện và đóng góp cho em nhiều ý kiến quý báu trong cuộc sống, công việc và học tập nói chung cũng như trong quá trình thực hiện khóa luận này. Mặc dù, đã có nhiều cố gắng nhưng do hạn hẹp về thời gian, điều kiện về trình độ nên không tránh khỏi khuyết điểm. Em chân thành mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Người thực hiện Nguyễn Vân Thành SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã i Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 MỤC LỤC Real-time operating system iv LỜI NÓI ĐẦU VI HỆ THỐNG NHÚNG VIII 1.1. TỔNG QUAN viii 1.1.1. Khái niệm viii 1.1.3. Lĩnh vực ứng dụng của hệ nhúng x 1.1.5. Đặc điểm công nghệ và xu thế phát triển của hệ thống nhúng xi 1.1.5.1. Đặc điểm công nghệ xi 1.1.5.2. Xu thế phát triển của hệ thống nhúng xiii 1.2.1. Tổng quan xiv 1.2.2. Bộ nạp khởi tạo xv 1.2.3. Các yêu cầu chung xvii 1.2.4. Hệ điều hành thời gian thực xix HÌNH 1.2.4A CẤU TRÚC HỆ ĐIỀU HÀNH THỜI GIAN THỰC XX + Hệ thống hạn chế: Các nền tảng Windows CE cung cấp hạn chế đáng kể khi nói đến giới hạn quy trình và bộ nhớ. Có giới hạn là 32 quá trình đồng thời. Ngoài ra còn có một giới hạn 32 MB không gian ảo cho mỗi ứng dụng. Điều này chỉ áp dụng đối với Windows CE 5.0 và trước đó, Windows CE 6.0 không còn có những hạn chế này. xxv + Hệ thống nặng: Mặc dù yêu cầu hệ thống của XPe không cao (128 MB RAM, 20GB ổ cứng không gian, bộ xử lý 500MHz), Microsoft khuyến cáo hai lần những con số này để chạy hệ thống. Trong thực tế, hệ thống này là vụng về và dễ bị xâm nhập. Những yêu cầu này là cao đối với một hệ thống mà dành cho một hoạt động cá nhân. xxvii + Windows API là dễ bị tổn thương: Không giống như hệ điều hành Macintosh và các bản phân phối Linux khác nhau, Windows là rất dễ bị virus và phần mềm độc hại. Các API Windows (chương trình ứng dụng) đã được phát triển trên một khung xây dựng và vá lỗi. Hệ thống này dựa vào phần mềm chống virus để bắt SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã ii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 các phần mềm tấn công lỗ hổng của nó trong khi các lỗ hổng không cố định. Từ năm 2001 Microsoft đã tiếp tục phát hành các gói dịch vụ mà cố gắng để cắm lỗ hổng bảo mật, nhưng trách nhiệm sâu sắc hơn về các API vẫn còn. xxvii CHƯƠNG 2: XXXVI HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID XXXVI 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG xxxvi Tầng Linux Kernel: xli Tầng Native Libraries và Android Runtime: xlii Mục tiêu của an toàn thông tin lii Độ an toàn: hệ mật coi là an toàn nếu để phá hệ mật cần n phép toán, mà để giải quyết n phép toán này cần thời gian vô cùng lớn liv Tốc độ mã và giải mã: hệ mật tốt nếu tốc độ mã và giải mã nhanh liv Phân phối khóa: hệ mật mã phụ thuộc vào khóa, khóa công khai hay bí mật. Khóa công khai có chi phí truyền thấp hơn khóa bí mật. liv Dựa vào các tiêu chuẩn, tùy theo mục đích sủ dụng mà lựa chọn các hệ mật mã phù hợp liv 3.5.2 Các thuật toán trong hệ mật mã đối xứng lv 3.8.2 Sơ đồ chữ ký số lxviii SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã iii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT Tên Tên viết tắt Ý nghĩa Real-time operating system RTOS Hệ thống thời gian thực Embedded-Operating- System (Embedded System) EOS Hệ điều hành nhúng (hệ thống nhúng) Application-program interface API Giao diện lập trình ứng dụng Android-Development Tools ADT Các công cụ phát triển Android Certificate Authority CA Chứng nhận khóa công khai Domain Name Service DNS Dịch vụ phân giải tên miền Avandted-Encryption Standard AES Chuẩn mã hóa tiên tiến SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã iv Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1.1 Một vài hình ảnh về hệ nhúng 3 Hình 1.1.2 Kiến trúc tổng thể của một hệ thống nhúng 5 Hình 1.2.1 Kiến trúc hệ điều hành 10 Hình 1.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ nạp khởi tạo boot-loader 11 Hình 1.2.4a Cấu trúc hệ điều hành thời gian thực 15 Hình 1.2.4b Mô hình trạng thái của quá trình 16 Hình 1.3.2.1b Embedded Linux 24 Hình 1.3.2.6 Android 26 Hình 2.3 Kiến trúc hệ điều hành Android 34 Hình 3.5.1 Mã hóa khóa bí mật 49 Hình 3.5.3. Sơ đồ thuật toán AES 50 Hình 3.6.1 Mã hoá và giải mã với khóa công khai 53 Hình 3.6.3 Thuật toán RSA 55 Hình 3.6.4 Thuật toán Diffie- Hellman 59 Hình 3.8 Chữ ký số 63 Hình 4.2.1a Giải pháp mã hóa dữ liệu 73 Hình 4.2.1b Tấn công xen giữa 74 SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã v Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 LỜI NÓI ĐẦU Ngày này, sự phát triển của công nghệ thông tin (CNTT) ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Sự bùng nổ của khoa học công nghệ nói chung và công nghệ thông tin nói riêng đã đem lại rất nhiều lợi ích cho con người, rút ngắn khoảng cách về địa lý, tăng hiệu suất, tiết kiệm thời gian và chi phí cho công việc… Có thể khẳng định công nghệ thông tin đang giữ một vai trò quan trọng trong sự phát triển của loài người nói chung và sự phát triển kinh tế, chính trị, xã hội của một đất nước nói riêng, Việt Nam cũng không là một ngoại lệ. Việc nắm bắt được vai trò, thực trạng của CNTT nước ta sẽ giúp ta có cái nhìn tổng thể về CNTT Việt Nam đồng thời đưa ra giải pháp và các xu thế phát triển của nó đối với sự phát triển xã hội, nhằm hoàn thiện, nâng cao hiệu quả và chất lượng mạng lưới CNTT nước ta. Công nghệ thông tin tác động đến mọi mặt của đời sống xã hội, ảnh hưởng sâu sắc đến xã hội loài người, tạo nên những thay đổi mang tính chất đột phá. Phát triển các hệ nhúng và phần mềm nhúng là quốc sách của nhiều quốc gia trên thế giới, nhất là vào giai đoạn hậu PC hiện nay. Các hệ nhúng là sự kết hợp phần cứng và phần mềm một cách tối ưu, ngày càng có độ mềm dẻo cao đáp ứng các yêu cầu nhanh chóng đưa sản phẩm ra thương trường, có khả năng bảo trì từ xa, có tính cá nhân cao. Các phần mềm nhúng trong các chip vi hệ thống này rất phong phú và có độ mềm dẻo, tái sử dụng cao. Sức kéo của thị trường đòi hỏi các thiết bị phải có nhiều chức năng thân thiện với người dùng, có mức độ thông minh ngày càng cải thiện đưa đến vai trò và tầm quan trọng của các hệ thống nhúng ngày càng cao trong nền kinh tế quốc dân. Do chức năng của hệ thống nhúng là hết sức quan trọng nên việc an toàn bảo mật cho nó phải được đặt lên hàng đầu trước khi đi vào công việc triển khai xây dựng hệ thống. SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã vi Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 Xuất phát từ những lí do trên, em đã chọn làm đề tài “ Nghiên cứu hệ điều hành nhúng và giải pháp an toàn cho thiết bị chuyên dụng ” nhằm đem lại những kiến thức cơ bản về hệ điều hành nhúng, khai thác các ứng dụng, các công cụ và đưa ra một số giải pháp an toàn bảo mật cho hệ điều hành nhúng. Nội dung của đề tài được chia làm 4 chương với nội dung cơ bản sau: Chương 1: HỆ THỐNG NHÚNG Chương này trình bày về hệ thống nhúng, các khái niệm về hệ nhúng, và các vấn đề liên quan. Đặc biệt trình bày về một số hệ điều hành nhúng cơ bản trên Windows, Linux…đưa ra những khái niệm, ưu nhược điểm của nó so với hệ điều hành thông thường chạy trên PC. Chương 2: HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG ANDROID Chương này trình bày một số vấn đề về hệ điều hành Android như nguồn gốc ra đời, quá trình phát triển và tầm quan trọng của nó trong cuộc sống số ngày nay. Từ đó đi sâu vào nghiên cứu chức năng các tầng của kiến trúc ANDROID, ứng dụng của hệ điều hành Android trên máy tính bảng và trên điện thoại. Nêu nên một số rủi ro gây mất an ninh, và giải pháp an toàn trên hệ điều hành Android. Chương 3: LÝ THUYẾT AN TOÀN BẢO MẬT THÔNG TIN Chương này trình bày một số vấn đề liên quan về an toàn thông tin trên mạng, nội dung của an toàn và bảo mật thông tin. Tìm hiểu hai hệ mật mã kinh điển là Mật mã khóa bí mật và mật mã khóa công khai… Chương 4: MỘT SỐ GIẢI PHÁP TĂNG CƯỜNG BẢO MẬT CHO HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID TRÊN ĐIỆN THOẠI Chương này trình bày một số giải pháp bảo mật cho hệ điều hành Android, các ứng dụng chạy trên hệ điều hành này đảm bảo an toàn và tránh rủi ro xảy ra trong quá trình sử dụng. SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã vii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 Chương 1: HỆ THỐNG NHÚNG 1.1. TỔNG QUAN 1.1.1. Khái niệm Trong thế giới thực của chúng ta bất kỳ một thiết bị hay hệ thống điện/điện tử có khả năng xử lý thông tin và điều khiển đều có thể tiềm ẩn trong đó một thiết bị hay hệ thống nhúng, ví dụ như các thiết bị truyền thông, thiết bị đo lường điều khiển, các thiết bị phục vụ sinh hoạt hàng ngày như lò vi sóng, máy giặt, camera…Rất dễ dàng để có thể kể ra hàng loạt các thiết bị hay hệ thống như vậy đang tồn tại quanh ta. Vậy hệ thống nhúng là gì và nên hiểu thế nào về hệ thống nhúng? Hiện nay cũng chưa có một định nghĩa nào thực sự thoả đáng để được chuẩn hoá và thừa nhận rộng rãi cho hệ thống nhúng mà vẫn chỉ là những khái niệm để diễn tả về chúng thông qua những đặc thù chung. Tuy nhiên ở đây chúng ta có thể hiểu hệ thống nhúng là một phần hệ thống xử lý thông tin nhúng trong các hệ thống lớn, phức tạp và độc lập ví dụ như trong ôtô, các thiết bị đo lường, điều khiển, truyền thông và thiết bị thông minh nói chung. Hình 1.1.1 Một vài hình ảnh về hệ nhúng SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã viii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 Hệ thống nhúng là một hệ thống máy tính, đó là một hệ thống được tích hợp cả phần cứng và phần mềm phục vụ cho các bài toán chuyên dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, tự động hóa điều khiển, quan trắc và truyền thông. Các hệ thống nhúng bị giới hạn nhiều hơn về phần cứng và phần mềm so với máy tính cá nhân. Giới hạn phần cứng có thể bao gồm giới hạn về khả năng xử lý, tiêu thụ điện năng, bộ nhớ, chức năng phần cứng,… Còn giới hạn phần mềm thường liên quan đến việc hỗ trợ ít ứng dụng, ứng dụng bị thu gọn tính năng, hệ điều hành có nhiều hạn chế. Tuy nhiên, ngày nay, những giới hạn này đã được khắc phục đáng kể bằng các hệ thống nhúng được thiết kế phức tạp và đầy đủ tính năng hơn. Hệ thống nhúng được thiết kế để thực hiện một chức năng chuyên biệt nào đó. Đây là điểm khác biệt so với các hệ thống máy tính khác như máy tính cá nhân hoặc các siêu máy tính có thể thực hiện nhiều chức năng khác nhau với những phép tính phức tạp. Chuyên dụng giúp nâng cao tính dễ sử dụng và tiết kiệm tài nguyên. Vài dòng thiết bị nhúng có những yêu cầu rất cao về chất lượng và độ tin cậy. Lỗi của hệ thống nhúng có thể gây ra tai nạn khủng khiếp: Hệ thống điều khiển máy bay, tên lửa, hệ thống điều khiển động cơ ô tô…Lỗi trên hệ thống nhúng có thể không sửa được (vd: vệ tinh nhân tạo), nếu sửa được thì chi phí cũng rất cao. 1.1.2 Kiến trúc hệ thống nhúng Mỗi hệ thống nhúng đều có một kiến trúc tổng thể gồm 3 phần như sau: • Hardware: đây là thành phần bắt buột phải có cho tất cả các hệ thống nhúng, nó gồm có: + Vi xử lý, bộ nhớ, tụ điện, điện trở, mạch tích hợp, bảng mạch in, connector …. • Phần mềm hệ thống: Quản lý bộ nhớ, quản lý tiến trình, quản lý chia sẽ tài nguyên, có thể tái sử dụng trên một hệ thống nhúng khác, nó gồm có: SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã ix Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 + Device driver: UART, Ethernet, ADC… + Hệ điều hành nhúng: eCos, ucLinux, Monta Vista Linux, BIOS… • Phần mềm ứng dụng: Quyết định hành vi (chức năng) của một hệ thống nhúng, khó tái sử dụng trên một hệ thống nhúng khác. Hình 1.1.2 Kiến trúc tổng thể của một hệ thống nhúng 1.1.3. Lĩnh vực ứng dụng của hệ nhúng Chúng ta có thể kể ra được rất nhiều ứng dụng của hệ thống nhúng đang được sử dụng hiện nay, và xu thế sẽ còn tiếp tục tăng nhanh. Một số các lĩnh vực và sản phẩm thị trường rộng lớn của các hệ nhúng có thể được nhóm như sau: • Các thiết bị điều khiển • Ô tô, tàu điện • Truyền thông • Thiết bị y tế • Hệ thống đo lường thẩm định • Thiết bị trong các dây chuyền thông minh • Rôbôt… SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã x [...]... về hệ nhúng, và vấn đề liên quan Giúp ta hiểu được đặc điểm công nghệ và các ứng dụng của nó trong thực tế Đồng thời tìm hiểu một số hệ điều hành nhúng trên Windows, Linux… đưa ra những khái niệm, ưu nhược điểm của mỗi hệ điều hành, xu hướng phát triển Từ cái nhìn tổng quan về hệ điều hành nhúng đó sẽ chọn một hệ điều hành đặc biệt để nghiên cứu sâu hơn trong chương tiếp, cụ thể là hệ điều hành Android... Vân Thành xxii Lớp AT3C-HVKT Mật Mã Đồ án tốt nghiệp • Năm 2011 Một số tính năng của hệ thống nhúng so với hệ thống trên PC Hệ điều hành nhúng Chuyên dụng Ít tài nguyên Kích thước nhỏ gọn Không gian hoạt động ở Hệ điều hành thông thường Đa dụng Nhiều tài nguyên Kích thước lớn Không gian hoạt động hạn khắp nơi chế Một người có nhiều hệ Một người có một PC thống nhúng 1.3 Tìm hiểu một số hệ điều hành nhúng. .. minh hoá, chuyên biệt trong các hệ thống và thiết bị công nghiệp, từ các hệ thống tập trung đến các hệ thống phân tán 1.2 HỆ ĐIỀU HÀNH NHÚNG 1.2.1 Tổng quan Nguồn gốc ra đời của hệ điều hành là để đảm nhiệm vai trò trung gian để tương tác trực tiếp với phần cứng của máy tính, phục vụ cho nhiều ứng dụng đa dạng Các hệ điều hành cung cấp một tập các chức năng cần thiết để cho phép các gói phần mềm điều khiển... Thành xxxv Lớp AT3C-HVKT Mật Mã Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 Chương 2: HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Android Application Framework là một gói phần mềm dạng ngăn xếp dành cho các thiết bị di động, gồm một hệ điều hành (Linux), phần tiện ích và các ứng dụng chính Các ứng dụng được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java và chạy trên Dalvik, một máy ảo thông thường được thiết kế dành cho thiết bị nhúng. .. Java và 1.75 triệu dòng mã C++ Hình 1.3.2.4 Android SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành xxxii Lớp AT3C-HVKT Mật Mã Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 1.3.3 Khả năng ứng dụng và triển khai lập trình trên hệ điều hành nhúng 1.3.3.1 Khả năng ứng dụng Các hệ điều hành nhúng rất đa dạng và có nhiều kích cỡ, khả năng tính toán khác nhau Ví dụ đối với một bộ điều khiển từ xa chỉ cần tới độ tính toán 100 KIPS và bộ nhớ vài... Vân Thành xiii Lớp AT3C-HVKT Mật Mã Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 các hệ điều hành Windows quen thuộc dùng cho PC, Microsoft cũng đã tung ra các phiên bản mini như WindowsCE, WindowsXP Embedded và các công cụ phát triển ứng dụng kèm theo để phục vụ cho các thiết bị nhúng, điển hình như các thiết bị PDA, một số thiết bị điều khiển công nghiệp như các máy tính nhúng, IPC của Siemens Có thể nói hệ nhúng. .. trên nền hệ điều hành Windows hoặc Unix, các hệ thống nhúng có các hệ điều hành nhúng riêng của mình Các hệ điều hành dùng trong các hệ nhúng nổi trội hiện nay bao gồm Windows CE, Windows XP Embedded, Embedded linux, Lynyos, BSD, Green Hills, QNX và DOS… 1.3.1 Trên hệ điều hành Windows 1.3.1.1 Windows CE Đặc điểm: Windows CE, là tên của một hệ điều hành thuộc Microsoft Đây là một hệ điều hành mã nguồn... thêm tính chuyên biệt hoá của các hệ/ thiết bị nhúng mà các thiết bị đa năng không thể cạnh tranh được 1.1.5.2 Xu thế phát triển của hệ thống nhúng Vì sự phát triển hệ nhúng là sự kết hợp nhuần nhuyễn giữa phần cứng và phần mềm nên công nghệ gắn liền với nó cũng chính là công nghệ kết hợp giữa các giải pháp cho phần cứng và mềm Vì tính chuyên biệt của các thiết bị /hệ nhúng như đã giới thiệu nên các nền... dựa trên nền tảng Linux Trước đây, Android được phát triển bởi công ty liên hợp Android ( sau đó được Google mua lại vào năm 2005) Android có một cộng đồng những nhà phát triển rất lớn viết các ứng dụng cho hệ điều hành của mình Hiện tại có khoảng 70,000 ứng dụng cho Android os và vào khoảng 100,000 ứng dụng đã được đệ trình, điều này khiến Android trở thành hệ điều hành di động có môi trường phát triển... module phần mềm và các thành phần cần thiết để hỗ trợ các yêu cầu hệ thống của nền tảng Điều này giảm thiểu bộ nhớ và tối đa hóa hiệu suất của hệ điều hành Windows CE quy mô từ một hạt nhân với một hệ điều hành đầy đủ tính năng với mạng lưới và GUI + Hỗ trợ thiết bị mở rộng: Windows CE trực tiếp hỗ trợ nhiều loại thiết bị ngoại vi và các thiết bị phần cứng, chẳng hạn như bàn phím, thiết bị chuột, màn . mã phù hợp liv 3.5.2 Các thuật toán trong hệ mật mã đối xứng lv 3.8.2 Sơ đồ chữ ký số lxviii SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã iii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 BẢNG CÁC TỪ VIẾT. nên không tránh khỏi khuyết điểm. Em chân thành mong nhận được sự góp ý của thầy cô, bạn bè. Hà Nội, tháng 6 năm 2011 Người thực hiện Nguyễn Vân Thành SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT. trên hệ điều hành này đảm bảo an toàn và tránh rủi ro xảy ra trong quá trình sử dụng. SV thực hiện: Nguyễn Vân Thành Lớp AT3C-HVKT Mật Mã vii Đồ án tốt nghiệp Năm 2011 Chương 1: HỆ THỐNG NHÚNG 1.1.