安全性可靠性和性能評(píng)價(jià)

1、33 安全性、可靠性和性能評(píng)價(jià)331主要知識(shí)點(diǎn)了解計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)安全和保密、計(jì)算機(jī)故障診斷與容錯(cuò)技術(shù)、系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)方面的知識(shí)，掌握數(shù)據(jù)加密的有關(guān)算法、系統(tǒng)可靠性指標(biāo)和可靠性模型以及相關(guān)的計(jì)算方示。3311數(shù)據(jù)的安全與保密（1） 數(shù)據(jù)的安全與保密數(shù)據(jù)加密是對(duì)明文（未經(jīng)加密的數(shù)據(jù)）按照某種加密算法（數(shù)據(jù)的變換算法）進(jìn)行處理，而形成難以理解的密文（經(jīng)加密后的數(shù)據(jù)）。即使是密文被截獲，截獲方也無法或難以解碼，從而陰謀詭計(jì)止泄露信息。數(shù)據(jù)加密和數(shù)據(jù)解密是一對(duì)可逆的過程。數(shù)據(jù)加密技術(shù)的關(guān)鍵在于密角的管理和加密/解密算法。加密和解密算法的設(shè)計(jì)通常需要滿足3個(gè)條件：可逆性、密鑰安全和數(shù)據(jù)安全。（2） 密鑰體制按照

2、加密密鑰K1和解密密鑰K2的異同，有兩種密鑰體制。 秘密密鑰加密體制（K1=K2）加密和解密采用相同的密鑰，因而又稱為密碼體制。因?yàn)槠浼用芩俣瓤?，通常用來加密大批量的?shù)據(jù)。典型的方法有日本的快速數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（FEAL）、瑞士的國(guó)際數(shù)據(jù)加密算法（IDEA）和美國(guó)的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES）。 公開密鑰加密體制（K1K2）又稱不對(duì)稱密碼體制，加密和解密使用不同的密鑰，其中一個(gè)密鑰是公開的，另一個(gè)密鑰是保密的。由于加密速度較慢，所以往往用在少量數(shù)據(jù)的通信中，典型的公開密鑰加密方法有RSA和ESIGN。一般DES算法的密鑰長(zhǎng)度為56位，RSA算法的密鑰長(zhǎng)度為512位。（3） 數(shù)據(jù)完整性數(shù)據(jù)完整性保護(hù)是在數(shù)

3、據(jù)中加入一定的冗余信息，從而能發(fā)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的修改、增加或刪除。數(shù)字簽名利用密碼技術(shù)進(jìn)行，其安全性取決于密碼體制的安全程度。現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)很多使用RSA和ESIGN算法實(shí)現(xiàn)的數(shù)字簽名系統(tǒng)。數(shù)字簽名的目的是保證在真實(shí)的發(fā)送方與真實(shí)的接收方之間傳送真實(shí)的信息。（4） 密鑰管理數(shù)據(jù)加密的安全性在很大程度上取決于密鑰的安全性。密鑰的管理包括密鑰體制的選擇、密鑰的分發(fā)、現(xiàn)場(chǎng)密鑰保護(hù)以及密鑰的銷毀。（5） 磁介質(zhì)上的數(shù)據(jù)加密常用的方法有：硬加密的防復(fù)制技術(shù)、軟加密的防解讀技術(shù)和防跟蹤技術(shù)。硬加密技術(shù)常用的3種方式是：利用非標(biāo)準(zhǔn)格式的磁介質(zhì)記錄方式；激光加密技術(shù)；利用專用的硬件。3312計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可靠性計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

4、的可靠性是指從它開始運(yùn)行（t=0）到某時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率，用R（t）表示。所謂失效率是指單位時(shí)間內(nèi)失效的元件數(shù)與元件總數(shù)的比例，以表示，當(dāng)為常數(shù)時(shí)，可靠性與失效率的關(guān)系為：R(t)=e-t兩次故障之間系統(tǒng)能正常工作的時(shí)間的平均值稱為平均無故障時(shí)間MTBF：MTBF=1/通常用平均修復(fù)時(shí)間（MTRF）來表示計(jì)算機(jī)的可維修性，即計(jì)算機(jī)的維修效率，平均修復(fù)時(shí)間指從故障發(fā)生到機(jī)器修復(fù)平均所需要的時(shí)間。計(jì)算機(jī)的可用性是指計(jì)算機(jī)的使用效率，它以系統(tǒng)在執(zhí)行任務(wù)的任意時(shí)刻能正常工作的概率A來表示。A=MTBF/（MTBF+MTRF）計(jì)算機(jī)的RAS技術(shù)，就是指用可靠性R、可用性A和可維修性S這3個(gè)

5、指標(biāo)衡量一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。但實(shí)際應(yīng)用中，引起計(jì)算機(jī)故障的原因除了元器件以外還與組裝工藝、邏計(jì)算機(jī)可靠性模型有關(guān)。常見的系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型有以下3種： 串聯(lián)系統(tǒng)。假設(shè)一個(gè)系統(tǒng)由N個(gè)子系統(tǒng)組成，當(dāng)且僅當(dāng)所有的子系統(tǒng)都能正常工作時(shí)，系統(tǒng)才能正常工作，這種系統(tǒng)稱為串聯(lián)系統(tǒng)。 設(shè)各子系統(tǒng)的可靠性為R1、R2、Rn，則整個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)的可靠性為：R=2-（1-R1）（1-R2）（1-Rn）設(shè)各子系統(tǒng)的失效率為 ，則整個(gè)串聯(lián)系統(tǒng)的失效率為：=1+2+n 并聯(lián)系統(tǒng)。假如一個(gè)系統(tǒng)由N個(gè)子系統(tǒng)組成，只要有一個(gè)子系統(tǒng)正常工作，系統(tǒng)就能正常工作，這樣的系統(tǒng)稱為并聯(lián)系統(tǒng)。設(shè)各子系統(tǒng)的可靠性為R1、R2、Rn，則整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的

6、可靠性為：R=R1×R2××Rn設(shè)各子系統(tǒng)的失效率為 ，則整個(gè)并聯(lián)系統(tǒng)的失效率為： N模冗余系統(tǒng)。N模冗余系統(tǒng)由N個(gè)（N=2n+）相同的子系統(tǒng)和一個(gè)表決器組成，表決器把N個(gè)子系統(tǒng)中占多數(shù)的相同結(jié)果的輸出作為系統(tǒng)的輸出。設(shè)各子系統(tǒng)的可靠性均為R。，則整個(gè)N模冗余系統(tǒng)的可靠性為：（其中表示從N個(gè)元素中取i個(gè)元素的組合數(shù)）3313計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)性能評(píng)測(cè)的常用方法：時(shí)鐘頻率；指令執(zhí)行速度；等效指令速度法；數(shù)據(jù)處理速率PDR法；核心程序法。基準(zhǔn)程序法（Benchmark）是目前一致承認(rèn)的測(cè)試性能的較好方法，有多種多樣的基準(zhǔn)程序，如主要測(cè)試整數(shù)性能的基準(zhǔn)程序、測(cè)試浮點(diǎn)性

7、能的基準(zhǔn)程序等。3314計(jì)算機(jī)故障診斷和容錯(cuò)計(jì)算機(jī)的故障根據(jù)其表現(xiàn)出的特點(diǎn)，可以分為永久性故障、間歇性故障及瞬時(shí)性故障3類。故障診斷包括故障檢測(cè)定位兩個(gè)方面。容錯(cuò)是采用冗余方法來消除故障影響。針對(duì)硬件，有時(shí)間冗余兩種方法。主要容錯(cuò)技術(shù)有簡(jiǎn)單的雙機(jī)備份和操作系統(tǒng)支持的雙機(jī)容錯(cuò)。332試題解析從歷年安全性和可靠性方面的試題統(tǒng)計(jì)（見表3-7）來看，主要考查系統(tǒng)可靠性，涉及計(jì)算機(jī)可靠性模型及相關(guān)的計(jì)算，有時(shí)與其他硬件知識(shí)類試題結(jié)合起來考查，此類試題看似復(fù)雜，其實(shí)只要復(fù)習(xí)一下相關(guān)內(nèi)容，解答起來比較簡(jiǎn)單。試題1（2000年試題12）從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下面敘述中的 內(nèi)的正確答案,把編號(hào)寫在答卷的對(duì)應(yīng)

8、欄內(nèi).為提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕刹捎?quot;冗余校驗(yàn)"的方法，海明碼是常用方法之一。在此方法中，若要求能校檢測(cè)出所有雙位錯(cuò)覺，并能校正單位錯(cuò)，則合法碼字集中的碼距至少為 A 。若原始數(shù)據(jù)的字長(zhǎng)為5位，則采用海明碼對(duì)其樣驗(yàn)位至少為 B 位。對(duì)下面圖3-2（a）所示系統(tǒng)，僅當(dāng)部件1、部件2和部件3全部正常時(shí)系統(tǒng)才能政黨工作，圖中數(shù)字為各部分的可靠性，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性近似為 C 。如果將部件2和部件3改成由兩個(gè)器件構(gòu)成，如圖3-2（b）所示，只要器件a和b中有一個(gè)正常就能使部件2正常工人，只要器件c和d中有一個(gè)正常就能使部件3正常工作。圖中數(shù)字是各器件可靠性，則部件2的可靠性是 D ，

9、整個(gè)系統(tǒng)的可靠性近似為 E 。供選擇的答案A：1 2 3 4B：1 2 3 4C：0.68 0.72 0.80 0.92D：0.64 0.88 0.96 0.99E：0.82 0.90 0.94 0.96解析這是一道考查可靠性的綜合題，除了可靠性計(jì)算之外，還涉及用于檢錯(cuò)校驗(yàn)的海明碼。關(guān)于海明碼問題的解答請(qǐng)參見3。1。1。2節(jié)的試題9（1999年試題8）圖3-2（ a）所示系統(tǒng)符合串聯(lián)、系統(tǒng)可靠性模型，根據(jù)系統(tǒng)可靠性公式，求得其可靠性為：R=R1×R2×R3=0.95×0.8×0.90.68圖3-2（b）所示系統(tǒng)是一個(gè)由串聯(lián)和并聯(lián)組合成的可靠性模型，其中部

10、件2由兩個(gè)并聯(lián)的器件a和b構(gòu)成，其可靠性為：R2=1-（1-Ra）×（1-Rb）=1-（1-0.8）×(1-0.8)=0.96最后與部件1一起計(jì)算整個(gè)系統(tǒng)（串聯(lián)模型）的可靠性為：R=R1×R2×R3=0.95×0.96×0.990.90答案A： B： C： D： E：試題2（1996年試題9）從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下面敘述中的 內(nèi)的正確答案,把編號(hào)寫在答卷的對(duì)應(yīng)欄內(nèi).設(shè)在圖3-3和圖3-4系統(tǒng)中，R1、R2、R3為3個(gè)加工部件，每個(gè)加工部件的失效率均為，可靠性均為R。則圖3-3系統(tǒng)的失效率為 A ，可靠性為 B 。圖3-4中系統(tǒng)的

11、失效率為 C ，可靠性為 D 。若每個(gè)加工部件的平均無故障時(shí)間為5000小時(shí)，則圖3-4中系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間為 E 小時(shí)。供選擇答案A：/3 3 3 1-3B：R/3 R3 3R 1-R3C：(3/2) (2/3) (6/11)2D：（1-R2）3 3（1-R2） R3（2-R）3 1-3（1-R2）E：2500 5000 7500 3333解析在任意控制系統(tǒng)中，已知每個(gè)部件的失效率為，可靠性為Ri，對(duì)串聯(lián)系統(tǒng)而言，系統(tǒng)的失效率為1+2+3=3，問題A選；系統(tǒng)的可靠性為R1·R2·R3=R3，問題B選。對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)（有n個(gè)部件，每個(gè)部件的失效率均為）而言：系統(tǒng)的失效率=/(

12、1+1/2+1/n); 系統(tǒng)的可靠性為=1-(1-R)n。圖3-4所示乃串并聯(lián)系統(tǒng)的總失效率為：系=并1+并2+并3=/（1+1/2）+/（1+1/2）+/（1+1/2）=2，所以問題C選擇。一個(gè)并聯(lián)部分的可靠性=1-（1-R）2=（2-R）R；整個(gè)系統(tǒng)可靠性=（2-R）R（2-R）R=（2-R）R3=（2-R）3R3，所以問題D的答案為。由于系統(tǒng)的總失效率系為2，且每個(gè)部件的平均無故障時(shí)間=1/=5000h，所以系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間=1/系=1/2=1/2·1/=2500h，問題E的正確答案為。答案A： B： C： D： E：試題3（1996年試題11）從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下

13、面敘述中的 內(nèi)的正確答案,把編號(hào)寫在答卷的對(duì)應(yīng)欄內(nèi).數(shù)據(jù)加密是一種保證數(shù)據(jù)安全性的方法，數(shù)據(jù)解密則是逆變換，即 A 。密碼體制可分為 B 和 C 兩大類，例如常用的DES屬于 B ，而RSA則屬于 C 。DES的密鑰長(zhǎng)度為 D 位。破密都面臨多種不同的問題，其從易到難排列依次為 E 。供選擇的答案A：由加密密鑰求出解密密鑰 由密文求出明文由明文求出密文 由解密密鑰求出加密密鑰B、C：公開密鑰 替代密碼 換位密碼 對(duì)稱密鑰D：32 48 64 128E：選擇明文、已知明文、僅知密文 已知明文、僅知密文、選擇明文已知明文、選擇明文、僅知密文 僅知密文、已知密文、選擇明文解析數(shù)據(jù)加密是利用加密密鑰加

14、密算法將明文（數(shù)據(jù)）轉(zhuǎn)換成密文，而數(shù)據(jù)解密是利用解密密鑰將密文變換成明文。所以問題A的答案為。密碼體制按其對(duì)稱性可分為對(duì)稱密鑰體制與非對(duì)稱密鑰體制兩大類。在對(duì)稱密鑰體制中，加密算法之間存在一定的相依的關(guān)系，加密和解密往往使用相聯(lián)系的密鑰，或由加密密鑰很容易推同的密鑰，或由加密密鑰很容易推出解密密鑰；在非對(duì)稱密鑰體制中，有兩個(gè)密鑰，其中一個(gè)公開密鑰，另一個(gè)為秘密密鑰，因此加密密鑰和解密密鑰是不同的，而且很難從加密密鑰導(dǎo)了解密密鑰。DES（Data Encyrption Standard）算法采用對(duì)稱密鑰，DES的密鑰長(zhǎng)度為64位，RSA算法采用非對(duì)稱密鑰，其中包含公開密鑰，所以B的答案為問題C的

15、答案為，問題D的答案為。破密者，也即解密者，指的是截取到密文，而且也知道相應(yīng)的明文，由此推算出用來加密的密鑰或加密算法，從而解密密文。這個(gè)難度比僅知密文要小一些。選擇明文是指破密者不僅可得到密文和相應(yīng)的明文，而且也可以選擇被加密的明文，這比已知明文容易，因?yàn)槠泼苷吣苓x擇特定的明文去加密，從而得到更多關(guān)于密鑰的信息，繼而可以更容易地推出用來加密的密鑰或算法，因此問題E的選擇答案應(yīng)為。答案A： B： C： D： E：試題4 （1992年試題8）從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下面敘述中的 內(nèi)的正確答案,把編號(hào)寫在答卷的對(duì)應(yīng)欄內(nèi).一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)可由若干個(gè)簡(jiǎn)單的系統(tǒng)串聯(lián)或并聯(lián)構(gòu)成。已知兩個(gè)簡(jiǎn)單系統(tǒng)I和J的失

16、效率分別為i=25×10-5/h(小時(shí))和j=5×10-4/h（小時(shí)），則由I和J經(jīng)如圖3-5所示的串聯(lián)和并聯(lián)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)P和Q的失效率分別為p= A /h和q= B /h.平均無故障時(shí)間分別為MTBFp= C h和MTBFq= D h.系統(tǒng)P開始運(yùn)行后2萬小時(shí)內(nèi)能正常運(yùn)行的概率Rp= E .供選擇的答案A、B：25×10-5 33×10-5 66×10-5 75×10-5C、D：1333 1500 3000 4000E：e-5 e-10 e10-5 e-20解析系統(tǒng)的失效率指的是單位時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)數(shù)與系統(tǒng)總數(shù)的比例。在穩(wěn)定使用的階段

17、岢以認(rèn)為是常數(shù)。系統(tǒng)從開始運(yùn)行到某一時(shí)刻t這段時(shí)間內(nèi)能正常運(yùn)行的概率又稱為系統(tǒng)的可靠性，是t的函數(shù)，記為R（t），可以證明：R(t)=e-t.如果把系統(tǒng)故障發(fā)生的時(shí)刻看成是隨機(jī)變量，則該隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)為： F（t）=Pt=1- P>t=1- R(t)=1-e-t平均無故障時(shí)間MTBF（Mean Time Between Failures），就是從時(shí)刻0開始到故障發(fā)生時(shí)刻間間隔的平均數(shù)，即隨機(jī)變量的平均值，可算得：N個(gè)可靠性分別為Rk、失效率分別為k(k=1,，n)的子系統(tǒng)串聯(lián)構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)，只有在每個(gè)子系統(tǒng)都可靠時(shí)才可靠，故其可靠性R及失效率分別為：R=R1R2Rn=由此即可求復(fù)

18、合系統(tǒng)P的失效率為：p=i+j=75×10-5/hMTBFp=1/p1333hRp(t)=e-75×10-5t當(dāng)t=2×104時(shí)有：Rp=e-15對(duì)于N個(gè)子系統(tǒng)并聯(lián)的情況，復(fù)合系統(tǒng)只有在所有子系統(tǒng)均失效時(shí)復(fù)合系統(tǒng)才失效。故有：若N個(gè)子系統(tǒng)的失效率都是一樣的，即k(k=1,，N)則有R（t）=1-(1-e-t)NF(t)=(1-e-t)N復(fù)合系統(tǒng)的平均無故障時(shí)間為：本題復(fù)合系統(tǒng)Q由系統(tǒng)J和兩個(gè)I串聯(lián)構(gòu)在的復(fù)合系統(tǒng)（不妨記為I'）再經(jīng)并聯(lián)構(gòu)成。復(fù)合系統(tǒng)I'的失效率為：'I=i+j=5×10-4/h'I=jN=2時(shí)并聯(lián)系平均無故

19、障時(shí)間：且q=1/MTBFq33 ×10-5答案A： B： C： D： E：試題5（1991年試題10）從供選擇的答案中選出應(yīng)填入下面敘述中的 內(nèi)的正確答案,把編號(hào)寫在答卷的對(duì)應(yīng)欄內(nèi).由兩個(gè)相同的計(jì)算機(jī)單元組成的計(jì)算機(jī)維修雙工系統(tǒng)，其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖3-6所示。其中：S0表示兩個(gè)單元均正常工作，系統(tǒng)有效運(yùn)行；S1表示其中一個(gè)單元正常工作，一個(gè)故障單元正在修理，系統(tǒng)仍有效運(yùn)行；S2表示系統(tǒng)失效，一個(gè)故障單元正在修理，另一個(gè)故障單元待修。、分別表示計(jì)算機(jī)單元的故障率和修復(fù)率。該系統(tǒng)的狀態(tài)概率轉(zhuǎn)移矩陣為 A 。系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)無故障運(yùn)行的概率為 B ；系統(tǒng)有效運(yùn)行的概率為 C 系統(tǒng)失

20、效的概率和故障的關(guān)系是 D ，和修復(fù)率關(guān)系是 E 。供選擇的答案A：B,C：D：隨增大而減小，并生成線性關(guān)系 隨增大而減小，但不成線性關(guān)系隨增大而增大，并生成線性關(guān)系 隨增大而增大，但不成線性關(guān)系E：隨增大而減小，并生成線性關(guān)系 隨增大而減小，但不成線性關(guān)系隨增大而增大，并生成線性關(guān)系 隨增大而增大，但不成線性關(guān)系解析設(shè)P0、P1和P2分別表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移前系統(tǒng)處于S0、S1和S2狀態(tài)的概率；P'0、P'1和P'2則分別表示狀態(tài)轉(zhuǎn)移后系統(tǒng)處于S0、S1和S2狀態(tài)的概率。根據(jù)題中給出的狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖，寫出該系統(tǒng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程如下：P'0=（1-2）P0+P1P'1=2P0+1-（+）P1+P2P'2=P3（1-）P2將狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程寫成矩陣形式為：后一個(gè)3×3矩陣，即為狀態(tài)率轉(zhuǎn)移矩陣。在系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，P'0=P0，P'1=P1，P'2=P2，P0+P1+P2=1，可得出的系統(tǒng)無故障運(yùn)行的概率：系統(tǒng)有一個(gè)單元正常工作，另一個(gè)單元有故障正在修理，系統(tǒng)仍能有效動(dòng)行的概率：總的系統(tǒng)可有效運(yùn)行的概率為：系統(tǒng)失效的概率為：由此可知，系統(tǒng)失效的概率和故障率的關(guān)系是隨增大而增長(zhǎng)率大,但不成線性關(guān)系;它和修復(fù)率的關(guān)系隨增大而減小,但不成線性關(guān)系.答案A: B: C: D; E:試題6 (1990年試題9)從供選擇的答案