seL4操作系统：基于句柄的访问控制与安全机制

"基于句柄的访问控制-db31dsjz005-2020 公共数据安全分级指南" seL4操作系统采用了一种先进的安全机制，即基于句柄的访问控制（Capability-based Access Control），这是一种高度精细化的访问控制策略。这种机制的核心在于句柄，它是一个不可伪造的令牌，用于唯一标识内核对象，如线程控制块（TCB）。在seL4中，所有的内核访问都必须通过具有相应权限的句柄进行，这样可以确保软件构件之间的隔离，并便于审计和控制构件间的通信。 句柄存储在应用程序的特定区域，称为能力空间（Capability space）。这个空间由槽（slot）组成，每个槽可能包含一个句柄。应用通过句柄的地址请求内核服务，而这些句柄虽然存储在用户态，但由内核严格管理，形成了一个隔离或分区的能力模型。句柄空间的结构是一个由内核管理的capability nodes的有向图（CNodes），其中CNode是槽表，每个槽可以包含另一个CNode的句柄，形成了一条从句柄到目标槽的路径。 句柄可以在能力空间中复制、移动，甚至通过进程间通信（IPC）传递，允许创建具有特定权限的应用和代理，以及将权限传递给新创建的服务。此外，句柄可以通过“铸造”（Mint）操作生成一个新的句柄，该新句柄仅包含原始句柄的权限子集，防止过度授权。这种句柄的繁殖控制模型被称为基于take-grant的模型，可以递归地撤销句柄的所有继承权限。 seL4的操作系统编程涉及到多种核心概念，包括内核对象、句柄、虚拟地址空间、线程、进程间通信、设备驱动与中断、以及抢占。内核服务和内核对象是系统的核心组成部分，句柄空间的管理涉及创建、删除、撤销和回收操作，以及复杂的地址查找和调用机制。进程间通信（IPC）使用消息寄存器和同步端点等机制实现高效的数据交换。 seL4的这一设计提高了系统的安全性，确保了只有经过明确授权的操作才能执行，从而降低了恶意攻击的风险。通过对句柄的严格控制，seL4提供了高级别的访问控制，为构建安全、可靠的分布式系统奠定了坚实的基础。