【摘 要】
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实时操作系统（Real-time Operating System,RTOS）在诸多重要应用领域有着广泛的使用,尤其在嵌入式设备中,RTOS提供了资源调度和协调任务运行的能力。由于嵌入式设备的资源受限的特点以及RTOS的实时性要求,一些安全技术,特别是密码技术在这些设备中的应用会对系统造成影响,而传统的RTOS密码测评大多通过测量真实的运行数据判断可行性（指加密算法应用后系统是否能保持正常运行的性
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实时操作系统（Real-time Operating System,RTOS）在诸多重要应用领域有着广泛的使用,尤其在嵌入式设备中,RTOS提供了资源调度和协调任务运行的能力。由于嵌入式设备的资源受限的特点以及RTOS的实时性要求,一些安全技术,特别是密码技术在这些设备中的应用会对系统造成影响,而传统的RTOS密码测评大多通过测量真实的运行数据判断可行性（指加密算法应用后系统是否能保持正常运行的性质）,缺乏对系统资源剩余量的量化预测。在此背景下,如何判断密码学算法在嵌入式RTOS上的应用可行性,以及如何度量其性能和表现,成为了重要挑战。在本文中,为了解决上述问题,本文提出了一种定量评估嵌入式RTOS中密码应用可行性的方法。首先根据嵌入式内核所用的指令集,建立密码学算法执行开销的估计模型,由开销模型结合调度问题的敏感度分析方法,分析密码学算法可行性和其加解密速率上限,最后建立任务时间自动机模型验证分析结果,并在嵌入式设备上进行了实验。本文主要包括以下几点研究工作:（1）提出了一个对称密码的执行开销估计模型:分析对称密码体制的结构流程,根据应用平台的指令集构造模型,预估密码执行的时间开销;（2）通过应用敏感度分析方法来处理调度问题,本文分析了原始任务集的参数可行空间,并结合开销模型来量化该任务集中密码算法的性能上限,即吞吐率上限;（3）使用带标签的转换系统（Labelled Transition System,LTS）给出了任务自动机模型的可调度性定义,并通过使用形式验证工具UPPAAL对案例建模来验证分析结果,以评估加密对系统实时性能的影响;（4）针对RTOS中的周期性任务基于时间自动机理论提出了一组自动机模型;（5）将FreeRTOS移植到一个嵌入式平台,并实现一个案例。本文基于上述研究工作进行了实验,验证了此方法对对称加密算法在嵌入式RTOS中应用可行性分析的有效性。这将为已实现的密码学算法的应用提供具体的可行性指标,也可用于对新的密码学算法的应用给出较为精确的可行性估计。
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