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第1章 绪论1

1.1 信息安全问题的起源与发展1

1.1.1 信息安全问题的起源1

1.1.2 信息安全问题的发展历程1

1.1.3 信息安全问题的发展方向4

1.2 高可靠系统信息安全6

1.2.1 高可靠系统面临的信息安全问题6

1.2.2 高可靠系统的信息安全需求8

1.2.3 高可靠系统安全研究概述8

1.3 常用信息安全机制9

1.3.1 密码算法10

1.3.2 访问控制10

1.3.3 信息流控制12

1.4 本书主要研究内容14

1.5 本书主要特点和读者对象15

第2章 信息流安全相关理论16

2.1 信息和数据16

2.2 信息流的定义16

2.3 信息流的分类16

2.3.1 显式流16

2.3.2 隐式流17

2.3.3 时间信息流18

2.3.4 间接流19

2.4 信息流安全策略19

2.4.1 信息流安全主体和客体19

2.4.2 信息流安全等级20

2.4.3 信息流的格模型20

2.5 常用信息流安全模型23

2.5.1 军用模型23

2.5.2 Bell-LaPadula模型24

2.5.3 Biba模型25

2.5.4 无干扰模型25

2.6 信息流控制机制26

2.6.1 基于编译的机制27

2.6.2 基于执行的机制27

2.7 信息流跟踪技术29

2.7.1 信息流跟踪29

2.7.2 程序语言层的信息流跟踪技术30

2.7.3 操作系统层的信息流跟踪技术31

2.7.4 体系架构层的信息流跟踪技术31

2.7.5 逻辑门级的信息流跟踪技术31

2.8 本章小结32

第3章 二级安全格下的GLIFT理论33

3.1 基本概念和原理33

3.2 GLIFT逻辑函数的基本性质36

3.3 基本门GLIFT逻辑的形式化描述38

3.3.1 缓冲器38

3.3.2 非门39

3.3.3 触发器39

3.3.4 与门和与非门40

3.3.5 或门和或非门41

3.3.6 异或门和同或门42

3.3.7 三态门43

3.4 基本门GLIFT逻辑的复杂度分析44

3.4.1 与门44

3.4.2 或门45

3.4.3 与非门和或非门45

3.4.4 异或门46

3.5 GLIFT逻辑的不精确性46

3.5.1 GLIFT逻辑潜在的不精确性46

3.5.2 不精确性根源的分析与证明48

3.6 实验结果与分析52

3.6.1 复杂度分析52

3.6.2 精确性分析53

3.7 本章小结55

第4章 多级安全格下的GLIFT理论57

4.1 多级安全格模型57

4.2 多级安全格下的GLIFT问题59

4.2.1 三级线性安全格59

4.2.2 四级线性安全格60

4.2.3 任意级线性安全格61

4.2.4 非线性安全格64

4.3 多级安全格下的相关运算和运算律65

4.3.1 安全类的边界运算65

4.3.2 安全类边界运算的运算律66

4.3.3 点积运算66

4.3.4 点积运算的运算律67

4.4 基本门GLIFT逻辑的形式化描述68

4.4.1 缓冲器68

4.4.2 非门68

4.4.3 触发器69

4.4.4 与门和与非门69

4.4.5 或门和或非门72

4.4.6 异或门和同或门73

4.4.7 三态门74

4.5 GLIFT逻辑的布尔描述75

4.5.1 安全类的编码75

4.5.2 运算符的布尔实现76

4.5.3 GLIFT逻辑的布尔实现78

4.6 多值逻辑系统下的GLIFT逻辑79

4.6.1 四值逻辑79

4.6.2 四值逻辑系统下的污染传播80

4.6.3 四值逻辑系统下的GLIFT逻辑81

4.6.4 九值逻辑系统下的GLIFT逻辑82

4.7 实验结果与分析84

4.7.1 GLIFT逻辑的复杂度分析84

4.7.2 GLIFT逻辑的性能分析85

4.8 本章小结87

第5章 GLIFT逻辑生成算法理论88

5.1 基本概念与理论88

5.1.1 相关概念88

5.1.2 NP完全性理论90

5.2 精确GLIFT逻辑生成问题的NP完全性92

5.2.1 非定常GLIFT逻辑的存在条件92

5.2.2 污染传播判定问题93

5.2.3 污染传播搜索问题94

5.3 GLIFT逻辑生成算法95

5.3.1 暴力算法96

5.3.2 0-1算法97

5.3.3 构造算法99

5.3.4 完全和算法101

5.3.5 SOP-POS算法102

5.3.6 BDD-MUX算法104

5.3.7 RFRR算法106

5.3.8 GLIFT逻辑生成算法的比较108

5.4 结果与分析109

5.4.1 实验流程109

5.4.2 实验结果与分析110

5.5 本章小结112

第6章 GLIFT逻辑的设计优化问题113

6.1 二级安全格下GLIFT逻辑编码方式及其不足113

6.1.1 二级安全格下GLIFT逻辑编码方式113

6.1.2 二级安全格下GLIFT逻辑编码方式的不足114

6.2 二级安全格下GLIFT逻辑编码方式的改进115

6.2.1 GLIFT逻辑现有编码方式的改进115

6.2.2 基本门GLIFT逻辑118

6.2.3 新旧编码方式下GLIFT逻辑的比较120

6.2.4 新GLIFT逻辑用于硬件冗余123

6.3 多级安全格下GLIFT逻辑的设计优化问题125

6.3.1 编码方式的优化125

6.3.2 利用无关项优化GLIFT逻辑127

6.4 实验结果与分析131

6.4.1 静态验证效率分析131

6.4.2 动态实现性能分析132

6.5 本章小结136

第7章 GLIFT方法的应用137

7.1 GLIFT方法应用原理137

7.2 静态信息流安全测试与验证140

7.3 动态信息流跟踪143

7.4 GLIFT在开关电路设计中的扩展应用145

7.4.1 静态逻辑冒险检测145

7.4.2 X-传播146

7.4.3 可控性分析148

7.4.4 错误检测149

7.5 本章小结149

第8章 测试与验证方法150

8.1 测试与验证内容150

8.1.1 GLIFT逻辑精确性分析150

8.1.2 GLIFT逻辑复杂度分析151

8.1.3 GLIFT逻辑静态测试与验证分析152

8.2 测试与验证流程152

8.2.1 精确性分析流程152

8.2.2 复杂度分析流程153

8.2.3 静态测试与验证流程154

8.3 测试与验证环境154

8.3.1 ABC工具155

8.3.2 SIS工具158

8.3.3 ESPRESSO工具159

8.3.4 ModelSim工具160

8.3.5 DesignCompiler工具161

8.4 测试信号源163

8.4.1 计数器163

8.4.2 ModelSim内置随机数发生器164

8.4.3 线性反馈移位寄存器164

8.4.4 非线性反馈移位寄存器167

8.5 本章小结167

第9章 测试与验证实例168

9.1 I2C总线控制器的测试168

9.2 AES密码算法核的测试与验证173

9.3 ALU的测试与验证176

9.4 本章小结182

第10章 结束语183

10.1 本书的主要工作183

10.2 后续工作与展望185

参考文献187

附录1 CLASS标准单元库相应的GLIFT逻辑库196

附录2 软件工具和测试基准集204

附录3 ModelSim仿真工具参考脚本205

附录4 Design Compiler综合工具参考脚本206

附录5 缩略词表208

附录6 符号对照表211