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计算机系统安全与隐私保护 本书导言 随着信息技术的飞速发展，计算机系统已深入渗透到社会生活的方方面面，从个人设备到国家关键基础设施，其安全性与可靠性直接关系到社会稳定与个人福祉。然而，伴随而来的网络威胁和数据泄露风险也日益严峻。本书旨在系统、深入地探讨计算机系统安全领域的前沿理论、关键技术以及工程实践，为读者构建一个全面、立体的安全防护视角。我们不关注计算资源的抽象集合体，而是聚焦于承载数据的、运行程序的具体硬件和软件环境本身的安全机制。 第一部分：基础理论与威胁模型 本部分奠定计算机安全研究的理论基石，并构建严谨的威胁分析框架。 第一章 现代系统安全基石 本章首先回顾了信息安全的CIA三元组（机密性、完整性、可用性）在系统层面的具体体现。我们将深入分析密码学在系统安全中的应用基础，重点阐述对称加密（如AES的内部结构与工作模式）、非对称加密（RSA、ECC的数学原理及在密钥交换中的作用）以及哈希函数的抗碰撞性。不同于关注大规模数据交换的计算模型，本章强调如何在单机或受限环境中实现数据的不可否认性和源头验证。此外，我们将探讨访问控制模型，从早期的自主访问控制（DAC）过渡到更细粒度的基于角色的访问控制（RBAC）和基于属性的访问控制（ABAC）在操作系统内核和应用层中的实现细节，包括权限提升和权限收缩的技术路径。 第二章 威胁建模与攻击面分析 威胁建模是主动防御的第一步。本章详细介绍了如何对软件系统进行结构化分解，识别潜在的攻击面。我们将引入STRIDE模型（欺骗、篡改、否认、信息泄露、拒绝服务、权限提升）的系统化应用，并结合DREAD评分机制对风险进行量化评估。分析的重点将放在操作系统内核、驱动程序、系统调用接口以及内存管理单元（MMU）等低层组件的潜在漏洞类型，例如竞争条件（TOCTOU）、符号链接攻击等。本章特别强调，威胁分析必须紧密结合目标系统的运行环境和实际部署场景。 第三部分：系统软件安全深度剖析 本部分聚焦于操作系统、编译器和运行时环境等核心软件层面的安全机制与漏洞利用防御。 第三章 操作系统内核安全机制 操作系统是所有安全策略的执行者。本章深入研究现代主流操作系统（如Linux和Windows）的内核安全特性。重点剖析内存保护机制，如地址空间布局随机化（ASLR）的实现原理、数据执行保护（DEP/NX位）的技术细节及其绕过技术。同时，我们将详细探讨内核权限分离的技术，如安全模块（如SELinux/AppArmor）如何通过强制访问控制（MAC）策略限制进程的系统资源访问。对系统调用接口（Syscall Interface）的验证和沙箱化技术，也是本章的重点内容，旨在防止恶意用户程序通过越权调用破坏系统完整性。 第四章 编译器与二进制代码安全 软件的最终形态是二进制代码。本章从软件供应链的安全角度出发，探讨编译器在安全加固中的作用。我们将分析现代编译器（如GCC/Clang）如何引入栈保护（Stack Canaries）、控制流完整性（CFI）等技术来缓解缓冲区溢出和返回导向编程（ROP）攻击。此外，本章还将涵盖二进制代码的静态分析和动态污点分析技术，用以发现未被编译器或开发者注意到的潜在安全缺陷。对代码混淆和反调试技术的原理性分析，也为防御逆向工程提供了理论支持。 第四章 运行时环境与进程隔离 本章聚焦于应用程序运行时的安全保障。我们将详细讨论进程隔离模型的演进，从传统的进程间通信（IPC）安全问题，到容器化技术（如cgroups和namespaces）如何提供轻量级隔离。对虚拟化技术（如Hypervisor）在系统安全中的应用进行深入探讨，特别是其如何建立强大的隔离边界，防止一个客户机系统影响到宿主机或其他客户机。对于Web应用运行时的沙箱技术，如JavaScript引擎的安全沙箱模型，也将作为具体案例进行分析。 第三部分：数据隐私保护与高级防御技术 本部分关注数据的生命周期管理中的隐私保护，以及面向未来威胁的防御策略。 第五章 存储加密与数据生命周期安全 数据隐私保护不仅是传输中的问题，更是静态存储和内存中的核心挑战。本章详细阐述全盘加密（FDE）的性能影响与密钥管理挑战，以及特定文件或数据库加密的粒度控制。重点分析了“零知识证明”如何在不泄露原始数据的情况下验证数据的真实性，以及联邦学习（Federated Learning）中如何在分散数据集上进行模型训练而不集中原始数据。内存中的数据保护，如保护敏感密钥不被内存转储攻击获取的技术，也是本章的重要内容。 第六章 形式化方法与可信计算 为追求极致的可靠性和安全性，本章引入了形式化验证方法。我们将介绍如何使用模型检测（Model Checking）和定理证明技术，对操作系统核心模块、加密协议实现等关键代码进行数学上的正确性验证，从而从理论上排除特定类型的逻辑错误。此外，可信计算基（TCB）的概念被引入，探讨可信平台模块（TPM）和安全启动（Secure Boot）等硬件信任根技术如何确保系统启动过程和关键操作的完整性和真实性，建立起自下而上的信任链。 第七章 高级漏洞挖掘与防御对抗 本章探讨当前网络安全领域中最具挑战性的对抗性技术。我们将分析模糊测试（Fuzzing）技术，特别是覆盖率引导的模糊测试（如AFL/LibFuzzer）在发现操作系统和复杂协议漏洞中的威力。在防御侧，我们将深入研究如地址消毒（ASan/MSan）等运行时错误检测工具，以及如何在面对高级持续性威胁（APT）时，实施基于行为分析的入侵检测系统（IDS），从系统调用的异常序列中识别潜在的攻击活动，而非仅仅依赖于已知的签名。 总结 本书旨在提供一个全面的、侧重于系统底层机制和工程实践的安全知识体系，强调在复杂计算环境中，如何通过多层次、纵深防御的策略，有效抵御不断演进的各类安全威胁，保障信息系统的核心资产安全。本书适合于系统工程师、安全研究人员以及对计算机底层安全机制有深入兴趣的专业人士阅读。
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