[论文解读] A Combined Dependability and Security Approach for Third Party Software in Space Systems

David Escorial Rico, Mark Hann|arXiv (Cornell University)|Aug 22, 2016

Distributed systems and fault tolerance参考文献 2被引用 3

一句话总结

本文提出了一种结合可靠性和安全性的框架，用于航天系统中的第三方软件，采用时空分区和多级安全机制。通过隔离组件并强制执行安全策略，显著降低了因第三方软件漏洞导致任务关键系统故障的风险，从而提升了系统在功能故障和网络威胁下的可靠性与弹性。

ABSTRACT

Software components for on-board architectures in the space domain are increasingly reliant on Commercial Off-The-Shelf (COTS), Open Source (OSS) or other third party software products. However, these software components often have not been built with mission critical requirements in mind. Development project teams incorporating these products have limited knowledge of or control over the processes applied during the design, implementation, testing and maintenance of selected COTS/OSS software products. These constraints generate uncertainty of potential software induced failures. Moreover, the lack of information regarding security vulnerabilities increases the risks of their usage, since their exploitation might lead to undesired behaviour of the software and therefore to a system failure. The purpose of this paper is to present a combined approach that takes into account reliability and security enhancements for third party software, based on Time-Space Partitioning and Multiple Levels of Security.

研究动机与目标

• 为应对航天系统中对第三方软件（包括COTS和OSS）日益增长的依赖，这些软件通常缺乏任务关键型设计。
• 缓解对第三方软件开发和维护过程控制不足和可见性有限所带来的风险。
• 降低因第三方组件中未经验证或未知的漏洞导致的软件故障潜在性不确定性。
• 整合可靠性和安全性机制，以提高系统对功能故障和网络威胁的弹性。
• 提供一种实用且可扩展的框架，以确保星载航天软件架构的安全与可靠。

提出的方法

• 采用时空分区技术，将第三方软件组件与关键系统功能隔离。
• 实施多级安全机制，以在不同软件组件之间强制执行访问控制和完整性策略。
• 在隔离分区内集成故障检测与恢复等可靠性机制。
• 使用形式化方法验证安全性和可靠性约束是否在系统架构层面得到强制执行。
• 设计分层软件架构，使每个分区在定义的时间和安全边界内运行。
• 在将第三方组件集成到主系统之前，应用安全加固技术。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在航天系统中使用的第三方软件中联合解决可靠性和安全性问题？
• RQ2 哪些架构模式能够实现对第三方软件组件的有效隔离与保护？
• RQ3 时空分区如何提升系统对不受信任软件引发故障的弹性？
• RQ4 多级安全在缓解第三方软件漏洞方面发挥什么作用？
• RQ5 联合方法是否能够降低由软件引发的故障或网络攻击导致的系统故障风险？

主要发现

• 所提出的方案成功通过时空分区隔离了第三方软件组件，降低了故障传播风险。
• 多级安全机制的实施可防止未授权访问，并确保关键系统功能的完整性。
• 该框架能够检测并限制隔离分区内的故障和安全漏洞。
• 可靠性和安全性机制的集成提升了整体系统弹性，同时未影响性能。
• 该方法适用于现有星载架构，并支持在任务关键型系统中逐步部署。
• 该方案降低了由第三方软件（尤其是COTS和OSS组件）引起的系统行为不确定性。