访问控制是操作系统 (OS) 安全的基础。它确保只有经过授权的进程才能对系统资源执行特定操作。
用于管理访问控制的一个关键工具是访问矩阵。本文探讨了访问矩阵、其功能以及在操作系统中实现它的各种方法。
了解访问矩阵
访问矩阵是一种概念模型，用于定义计算环境中进程的权限和权利。它是一个二维矩阵，其中：
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行 表示域。域是一组具有相同访问权限的进程或用户。
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列 表示对象。对象是资源或实体，例如文件、设备或进程可能需要访问的其他数据。
矩阵中的每个单元格表示为一个条目 (i,j)( i , j )，指定域 Di Di 中的进程可以对对象 Oj Oj执行的一组操作。这些操作可能包括读取、写入、执行或删除对象。
访问矩阵的目的
访问控制是网络安全的一个基本方面，它围绕三个关键原则：可用性、完整性和机密性。
1. 可用性
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可用性确保授权用户可以在需要时访问系统。
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为了保持可用性，组织实施策略来预防和恢复硬件或软件故障、网络问题以及拒绝服务 (DoS) 攻击等网络攻击。这可能包括定期备份、冗余和强大的网络安全措施。
2. 诚信
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完整性确保系统内的数据保持准确且不被更改，无论是有意（例如由攻击者）还是无意（例如由于人为错误）造成的。
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保护完整性的措施包括使用校验和、加密、访问控制和定期审计来检测和纠正数据中未经授权的更改或错误。
3. 保密性
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保密性确保只有获得授权的人员才能访问敏感信息。
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组织使用加密、强身份验证方法、访问控制列表和安全通信渠道来维护机密性，防止未经授权的访问或数据泄露。
操作系统中访问矩阵的实现
由于其潜在的大小和稀疏性，直接实现访问矩阵可能效率低下。已经开发了几种方法来更有效地实现访问矩阵，从而优化存储和性能。
1. 全局表
全局表是一种简单的实现，其中每个条目都是一个有序三元组：⟨域（Di），对象（Oj），右集（Rk）⟩⟨域（Di ），对象（Oj ），右集（Rk ）⟩。当请求操作时，系统会检查是否存在相应的三元组。如果找到，则操作继续；否则，操作将被拒绝。
限制：
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全局表可能变得非常大，使得在主内存中存储变得困难。
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它可能需要额外的输入/输出操作，从而减慢系统速度。
2. 访问列表
在访问列表方法中，矩阵被分解为列。每个对象 Oj Oj 都有一个关联列表，指定哪些域对其具有访问权限。当进程尝试执行操作时，系统会检查此列表以确定是否允许执行该操作。
优点：
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对于少数域访问多数对象的系统来说很有效。
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可以轻松管理和更新单个对象的访问权限。
3. 功能列表
能力列表与访问列表相反。每个域 Di Di 都有一个能力列表：它可以访问的对象以及它可以对它们执行的操作。这种方法将矩阵的每一行与其域相关联。
优点：
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它在域频繁访问许多对象的系统中很有用。
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功能可在域之间轻松转移，从而实现灵活的访问控制。
4. 锁键机制
该方法结合了访问列表和功能列表的各方面。每个对象都有一个唯一的锁（位模式），每个域都有一个唯一的密钥。只有当域的密钥与其锁匹配时，进程才能访问对象。
优点：
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它提供了一种简单有效的访问管理方法。
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确保只有授权的进程才能访问特定对象。
访问矩阵实现示例
为了更好地理解访问矩阵的工作原理，请考虑具有三个域（D1、D2、D3）和四个文件（f1、f2、f3、f4）的场景。访问权限可能定义如下：
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D1：可以读取任何文件并写入f1。
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D2：可以读取 f1、写入 f2 并执行 f4。
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D3：可以写入 f1 和 f3，并执行 f4。
访问矩阵
此设置可确保每个域都具有根据其需求定制的特定权限，通过限制未经授权的访问来增强安全性。
动态和静态访问权限
访问矩阵可以支持静态和动态访问权限：
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静态访问权限：这些权限是预定义的，在系统运行期间不会改变。它们提供稳定的安全环境。
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动态访问权限：这些权限可以根据某些条件或操作（例如域切换）而改变。例如，某个进程可能从 D1 移动到 D2，从而获得新的访问权限。
域切换和权限重复
访问矩阵还支持域切换，允许进程改变域并获取不同的访问权限。
此外，权限可以跨域复制，矩阵中以星号 (*) 表示。此功能允许灵活的权限管理，使流程能够适应不同的操作环境。
访问矩阵是操作系统安全的重要组成部分。它们提供了一种结构化的方法来管理权限并执行访问控制策略。
访问矩阵通过明确定义每个进程可以对每个对象执行的操作来帮助维护系统完整性并防止未经授权的访问。
访问矩阵可以通过各种实现方法进行定制，以满足不同系统的特定需求，例如全局表、访问列表、能力列表和锁键机制。
无论处理静态还是动态权限，访问矩阵都提供了一个强大的框架来管理操作系统中进程和资源之间的复杂交互。
原文始发于微信公众号（祺印说信安）：网络安全知识：什么是访问矩阵？
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