安全科技论文范文

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第1篇

【关键词】计算机联锁系统安全可靠性硬件软件

1概述

计算机联锁系统的安全可靠性是研究、开发、生产计算机联锁设备必须遵循的永恒的主题，也是验证计算机联锁系统性能的主要依据。计算机联锁设备是一种连续工作的实时系统，它必须具有极高的安全性和可靠性才能适应铁路运输和城市轨道交通高效和安全的运营要求。

其实汁算机联锁系统的安全性是指联锁设备在运行过程中无论发生什么故障都不能产生有可能危及列车安全运行的危险因素，一般着重于在不正常的情况下使系统导向安全，防止产生危险后果；而可靠性是指联锁设备在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力，一般侧重于防止或减少系统发生故障。显然，安全性的实现是以可靠性为基础，并在提高可靠性的前提下完成的。为了系统地分析问题，我们将把计算机联锁系统的安全性和可靠性结合在一起考虑，并着重从系统的硬件设计、软件设计和数据传输及处理等几个方面采取各种综合技术措施，使计算机联锁系统符合故障—一安全的原则。

2硬件部分的安全可靠性分析

根据计算机联锁系统的结构组成和功能特点，硬件部分的安全可靠性技术从计算机联锁系统的上位机、联锁机和接口电路三个部分进行分析。

2．1上位机安全可靠性分析

上位机主要功能是向联锁机构输入操作信息，接受联锁机构输出的反映设备工作状态和行车作业情况的表示信息。为此上位机可采用经国际安全机构认证的高可靠工业控制计算机，摒弃原商用机所采用的大母板结构，把原来的大底版(系统板)功能集中在一块ALL--IN--ONE插卡上，底板变成无源总线母板，增加了插槽数，便于系统的升级扩展。

采用的机箱结构具有良好的散热、隔热、防潮、防尘性能，驱动器架采取避震措施，使整个机箱具有可靠的机械强度和很好的抗电磁干扰的能力；采用不问断供电及净化的专用开关电源，抗共模干扰，具有浪涌保护、过载保护、漏电保护的功能，单机设备的平均无故障工作时间可达到100000h。

计算机联锁系统的维修机和上位机的配置是一致的，平常可作为上位机的热备机，在系统故障时能够进行自动无扰切换，切换过程不影响现场设备状态，提高设备可靠性。

上位机的人机接口界面的设计使用先进的工业控制软件，使得系统的监控不仅具有友好的人机交互界面，而且具有丰富的图形画面显示及图形操作功能，调图方式灵活，修改参数方便。在设计中，根据铁路交通和城市轨道交通信号计算机联锁的特点，可以灵活运用登录口令、操作员权限、安全设定点、设定点口令、安全审计跟踪记录等安全特性，确保联锁系统执行操作的安全可靠。

2．2联锁机安全可靠性分析

联锁机是信号控制系统的核心。在设计中，可选用国际安全机构认证的硬件三重冗余计算机联锁系统，用于实现联锁数据处理过程的故障—安全。所谓三重化冗余系统是指系统共有A、B、c三个相同的主机，每个主机可以把它看成系统中的一个模块。三个模块同时执行一致的操作，其输出送到“表决器”的输入端，然后把表决器的输出作为系统的输出。结果经输出设备三取二表决后进行输出，可以保证输出的安全性。当其中一个联锁处理单元联锁逻辑单元故障时，系统能够转换为二取二工作方式，在不降低安全陛的前提下，使整体系统的可靠性得到提高。

采用三取二表决系统原本是为了提高系统的可靠性而采取的一种冗余系统。然而从安全性角度来看，若有两个主机发生了同样的故障，即共模故障，系统将输出错误信息，经接口驱动后，有可能危及行车的安全。因此，必须消除软硬件的设计错误，当主机的设计完全正确无误时，仅由硬件失效和干扰而产生的共模故障的发生概率就很小。为了进—步降低未检出故障的组合而产生共模故障的可能性，可利用单机自检技术、主机间互检技术和双套不同的软件，扩大故障检测范围，消除因干扰而引起的影响。

为了保证三重化冗余系统能够通过多数一致表决得到正确的结果和发现出错的模块，这就要求三台微机必须同步工作。否则，整个系统便会出现紊乱状态，多数一致表决无法进行，系统无法保证正常可靠的工作。

计算机联锁系统为保证安全可靠而采取的主要措施是：全面的在线自诊断和专门的安全检查程序。这就要求系统在规定的周期内对计算机的运算器、存储器、接口等元器件用一系列自诊断程序进行全面自诊，而安全检查程序则对联锁程序任务模块的运行状态进行监视，对关键信息代码的合法性进行检查。在自诊断和专门的安全检查中一旦发现故障，立即切断计算机的输出(同时报警)。在设计中必须采取有效的措施来确保：

(1)检测过程本身应具有安全性，或采用相应硬件及软件措施来实现安全性；

(2)检测要要有足够的频率，使类似或等同故障在二次检测之间不会发生；

(3)检测要足够灵敏，能够测出每个安全单元之中的重要故障；

(4)检测失败时应及时产生安全保护动作；

(5)冗余装置要足够独立，使之不受其他故障的影响。

例如在具体实施中，使输出控制单元经过表决后输出，所有输出进行反馈检查闭环控制；在输出执行环节采用条件电源供电方法，当用实时检测或实时比较技术发现联锁微机内部故障时，即使产生危险侧的错误控制命令，通过强制切断执行环节的条件电源，减少错误的控制命令输出。

采用光电隔离技术，接点输入电路要经过光电耦合后力节目接至接口电路输入输出模块，有效的抑制接点输入电路的电磁干扰；采用静态输入或动态输入方式，以便有效的实现故障—安全原则。

在输出接口的设计中，采用代码—动静态和动静态—电平两级变换电路；采用不间断供电及净化的专用电源，电源模块内部设有双重化电压调整器及自诊断电路，可检测电压的输出范围与是否超温并给出相应报警。

2．3接口电路安全可靠性分析

由于一般继电电路采用的重力式安全继电器具有很高的安全性，在我国铁路中运用了几十年，为此计算机联锁系统的接口电路仍然以安全继电器作为计算机联锁机构与室外设备控制电路的接口。我们知道安全继电器通过以下技术实现故障—一安全：电气接点采用特殊材料制作，使接点粘连的可能极小；采用吹弧技术，消除接点拉弧造成熔接；采用重力式设计原理，在继电器故障时，利用其重力使衔铁复位，从而保证实现系统的故障——安全的目的。

为此在计算机联锁系统中，信号、道岔、轨道电路等监控对象的状态信息依然是用安全型继电器的接点状态来反映的，输人接口的任务就是将这种电平形式的二值逻辑数据安全地采集到联锁机中来。

2．4其他方面的安全可靠性分析

考虑计算机联锁系统硬件设备的其他方面的安全可靠性，对包括电源、计算机、数据通讯线路、输人输出接口、机架结构及地线设置等方面采取了电磁兼容设计和防雷设计，以保证在规定等级的运用环境中，设备必须正常工作，不产生任何指标下降和功能上非期望值的偏差。

3软件系统的安全可靠性分析

在计算机联锁控制系统里，各种复杂的功能主要依靠软件来实现。嵌入在安全控制系统中的软件，不仅要能完整地实现系统的控制功能，还要能保证实现系统在发生意外时的安全防护即故障—一安全功能。

一般在汁算机联锁控制系统中，普遍采用以下软件技术来提高系统的安全可靠性：

(1)采用信息编码技术，以便出错时能被及时识别。例如，对于涉及行车安全的逻辑变量，用多元代码来表示安全变量的两个值—一安全侧值和危险侧值。这样，当代码在存储或传输过程中，由于存储器硬件故障或者外界干扰而发生畸变，一旦错成非法码时，就可由软件自动检出并导向安全侧。

(2)采用软件冗余技术，保证软件运行的安全性。

(3)采用软件检测技术及时发现故障，以进一步采取措施防止危险侧信息的发生和输出。

图1计算机联锁系统数据处理模型框图

图1是一个从安全角度去考虑的计算机联锁系统的框图，实际上也是计算机联锁系统的一个安全性模型，只是仅从保障安全的角度把计算机联锁系统描述成为一个典型的数据处理系统。对于计算机联锁系统来说，保障安全就是保障框图中的数据流和控制流这两种信息处理的安全；退一步讲，即便信息处理发生错误也不会导致危险的后果。

联锁机和外部设备的输入/输出信息具有两种特性，—是开关性；二是安全性。外部设备向联锁机提供的输入信息具有开关性。同样，联锁机的输出信息也具有开关性，这种开关性可由表示两个状态的器件如继电器来反映。输入/输出信息的安全性是根据信息与行车安全的关系来界定的。一类是与安全无关的信息，称作非安全信息；另一类是与安全有关的信息，称作安全信息。

联锁机和监控对象之间交换的信息属于安全信息，因此必须考虑当输凡输出通道发生故障时，一定要确保传送信息的安全。为此，在通道设计上必须采用安全输凡输出接口。在CPU与输入和输出模块间采用专用总线以保证传送的正确性，对输入电路采用光电隔离电路读取。输入值，以检测“粘连”状态，对各个输出信号在提供给继电器前进行表决，不致因输出模块本身的故障而影响信息安全。一般在具体的系统设计中，可采取如下措施：

(1)安全信息的输入：在计算机输出每种信号设备状态码的第一位后，待输出电平稳定(如20ms)，再将每种信号设备状态码的第一位读入储存，并立即输出第二位代码；读入全部代码后，经计算机整理后再传给每个对象的存储模块。

(2)安全信息的存储与更新：计算机联锁中监视现场设备状态的存储单元，在宏观上必须与被监视的对象建立不断的联系，当联系中断时，系统必须立即倒向安全。

(3)安全信息的运算：联锁条件满足时，程序的走向和运算结果都是预知的。为了提高安全性和防止漏检查联锁条件，在每次判断条件成立后，将该条代码进行按位累加，联锁关系全部检查正确时，其累加值应与预期结果相符。

(4)安全信息的输出：计算机的开关量的输出是非故障安全的。为了保证安全，可对输出环节进行连续的监视，如出现不应有的危险侧输出，应快速地在现场设备未动作前予以切断。

(5)安全信息在计算机间的传递：为了符合信号系统的传统做法，遵循故障安全的要求，在计算机联锁的设计时，应采用点对点的循环传送方法，而不采用变化检出、一次传送的方法。

计算机联锁的串行数据在传输过程中，由于干扰而引起误码是难免的，在检查数据位和冗余位之间的关系是否正确时，应着重防止在传输中错误地出现危险侧代码。为了确保信息传输的安全可靠，一方面可以采用冗余度小、检错能力高的循环码(CRC)作为检错码；另一方面就是在软件编程时对传输的信息进行特殊编码，并以反馈重发方式纠错。

根据编码理论，利用n位二值码元可生成一个具有2”种伏态的码字或代码的集合。在这2”种状态的代码组合当中，仅取一种状态代表危险侧码字(例如用危险侧码字10101010代表对应继电器吸起)，再取另一种状态代表安全侧码字(例如用安全侧码字01010101代表对应继电器落下)，其余的均认为是非法码字，则这种代码便具有典型的故障—一安全特性。由于非法码字在正常的联锁运算时也被认做安全侧码字，故而该编码组合仅有1种码字对应危险侧，其余2“—1种状态均对应安全侧。但在实际的运行中要真正能做到故障导向安全，还需对软件编程的安全编码进行科学的分析和认真的考虑。

我们认为编码中各个码元发生差错的概率是相同的且不同码元发生差错的事件是独立的。假定每一码元发生差错的概率是"，则无差错的概率即为1—p，此时整个代码均无差错的概率为(1—p)“。当选用编码组合中码距最大的一对代码，即码距等于n的—对代码分别作为代表危险侧和安全侧的有效码时，安全侧代码因故畸变成危险侧代码的条件是n个码元同时出错，其出错概率为旷；而安全侧代码出错变为另外一个代码的概率则为1—(1—p)，显然这两个概率有着明显的数量的不同，这就造成了编码在故障或受到干扰情况下逻辑出错的不对称性，假定2“种编码中任一个发生畸变、出错变为另外任一个代码的概率相同，均为P(c)；此时，因危险侧代码只有—个，某一代码错为该代码的概率即为户(c)以上数值与目前国内外广泛使用的信号安全型继电器的不对称指数相比显然是可以认可的；同时n取为16，恰好是计算机内存字节的整数，便于进行软件编程。根据铁道部《计算机联锁技术条件》标准，与行车安全有关的信息在计算机内必须以空间冗余的方式存储，在自由状态下其非法码字和合法码字出现的比率或非安全侧码字和安全侧码字出现的比率必须大于255：1，上述规定中所谓空间冗余即意味着必须用多余的信息位表示单一比特的信息，采用不对称码元的方法表示涉安信息即为空间冗余方法之一。此外，自由状态即指任一代码发生畸变而成另一代码相同概率P(c)的假设。该条件给出的具体数值则意味着如采用不对称码元，则所选代码位至少为n：8。基于这些原因，计算机联锁中选用16位代码来表示联锁数据是可取的。经过正确的合理编码，完全可以保证编码的汉明距大于4。

4结论

计算机联锁系统的安全可靠性是计算机联锁系统的关键，我们必须从系统的硬件设计、软件设计和数据传输及处理等几个方面采取各种综合技术措施，才可使计算机联锁系统符合故障—一安全的原则。

综合以上分析和考虑，并通过可估算和推导的数学方法进行可靠性和安全性计算机联锁系统的安全可靠性指标：平均故障间隔时间MTBF为1x10h，平均危险侧故障间隔时间MTBFAS为1x10h，符合国家标准。

参考文献

[1]吴汶麟城市轨道交通信号与通信系统.北京：中国铁道出版社，

[2]吴芳美，铁路安全软件测试评估，北京：中国铁道出版杜，2001

[3]赵志熙.计算机联锁系统技术北京：中国铁道出版社，1999

[4]TB／T3027--2002．计算机联锁技术条件

[5]TB／t2307--1992．电气集中各种结合电路技术条件

第2篇

在经济高速发展的今天，网络化和科技化发展成为信息存储和交流的主要方法，也是未来科技发展的重点趋势。在网络时代，计算机网络技术已经在人们的日常生活中得到普及，生活、学习、工作之中几乎无时无刻都离不开计算机网络技术的支持。计算机网络技术渗透在社会生活的各个领域之中，办公自动化、生产自动化、家电智能化、电子商务等领域的发展，已经成为社会进步和经济发展的必然趋势[1]。电子科技产品的应用使得信息流通和存储在计算机网络技术交流中变得十分关键，而人们在追求高效率的信息传输过程中，对于信息安全也十分关注。计算机网络技术在发展，黑客技术也层出不穷，经常出现国家情报泄露、商业机密丢失、个人隐私泄露、巨额财产被盗等电子信息安全事故，对国家安全、企业经济发展以及个人的信息财产安全造成严重的威胁。所以，必须对电子科技安全技术进行广泛的研究，为国家、企业、个人的电子信息安全提供必要的保障，在享受电子科技技术为人类带来的便利的同时，也可以不必对信息安全造成的危害进行担心[2]。

2电子科技信息安全现状

2.1电子科技安全概述

电子科技安全问题在某种程度上来讲就是指信息安全，计算机系统在硬件、软件的运行过程中，数据信息都应该受到一定的保护，避免出现偶然或者恶意原因的破坏、泄露和更改等，保障计算机用户的信息安全。计算机信息系统安全的主要目的是要保证信息的真实性、完整性、可用性，并且在传输和存储过程中不会受到人为或者非人为的更改、丢失和损坏[3]。计算机信息系统安全通常包含两个方面，一方面是技术安全，另外一方面则是指信息管理方面的安全问题，在计算机信息安全系统的保护过程中，需要将计算机内部和外部的安全技术和管理进行紧密的结合。

2.2国内外计算机信息安全技术研究现状

计算机的发明和使用是人类科技领域的重要成就之一，在计算机技术发展过程中，研究的重点逐渐转向了提高计算机性能，降低计算机价格方面，这也是计算机技术发展为科研提出的新的挑战。国际上关于计算机信息安全系统的研究较早，成立了比较权威的组织对计算机信息安全进行广泛的研究，对信息系统安全管理、信息安全技术标准等问题进行了深入的探讨，形成了比较全面的计算机安全评价标准。国际上通常认为可以从多个方面对计算机的安全特性进行规定，比如对于访问的控制，对于身份的识别与验证，服务的可靠性，信息的可用性等，同时可以从不同的层面对计算机信息安全进行保护，如开发过程中的保护、操作过程中的保护等[4]。关于计算机信息安全技术的研究也在不断的发展，国外关于计算机信息安全技术的研究主要集中在访问控制、身份识别、网上监控、数据加密、内容审查等方面。我国也在20世纪80年代开始了对计算机信息系统安全的研究，成立了国家公安部计算机监察司、计算机安全委员会等组织对计算机信息安全的相关问题进行研究。我国在计算机信息安全技术方面的研究主要集中在技术角度、安全教育宣传的角度，普及计算机安全知识，推广计算机安全技术，对计算机信息安全犯罪活动进行防范。我国研究的计算机信息安全技术产品主要集中在防火墙相关产品的研究，比如安全服务器等，也有关于网络安全产品的研究和计算机病毒防治方面的产品。

3电子科技安全技术分析

电子科技的发展为人们的学习和生活带来便利的同时，也为电子科技安全技术的发展带来了新的挑战。计算机技术信息安全的主要目标是要保证电子科技产品的机密信息不会对授权人以外的单位或个人进行泄露，可以通过通信实体对用户身份的真实性进行识别，并且要保证计算机数据信息的完整性和一致性，避免被外来入侵者进行篡改和破坏。电子科技安全技术要在技术手段的基础上，对用户的信息资源进行有效的保护，拒绝对信息资源的非法利用行为，并对网络和计算机系统出现的问题进行及时的预警。电子科技安全技术主要包含两个大的方面，一方面是防火墙技术，一方面是电子信息加密技术。

3.1安全防火墙技术

计算机网络技术的发展为黑客的入侵行为提供了可利用的资源，虽然在计算机网络技术发展过程中，信息安全系统的等级不断提升，但是计算机信息安全问题也是层出不穷，给计算机用户的信息安全带来了很大的威胁。对于计算机网络的外部入侵行为，采用安全防火墙技术可以起到十分重要的防范作用，有效避免计算机用户的个人信息被恶意的篡改和非法利用。所谓防火墙，就是在两个网络之间设置一个特定的安全系统，对不可信的网络访问进行预警和阻拦，计算机之中所有信息的进出，都需要经过这个系统屏障进行过滤[5]。包括学生在内的一些年轻的计算机用户，经常利用计算机登录一些与个人信息具有紧密联系的账户，进行社交活动或者是网上购物，如果不注意信息安全，将对用户的个人隐私和资金账户安全造成严重威胁。通过链路级网关、过滤防火墙或者复合型防火墙的使用，可以对用户的信息安全进行有效的保护。

3.2电子信息加密技术

电子信息加密技术是指通过明文、密钥等编码转换的方式对计算机信息的传输进行保护，确保信息在传输过程中的安全性和完整性。电子信息加密技术是电子科技安全技术中十分重要的组成部分，通常可以将电子信息加密技术分为两类，一类是对称密钥加密技术，一类是非对称密钥加密技术。对称加密技术是利用序列密码、分组机密等方式对信息进行加密处理，在加密过程中包含许多关键的组成要素，如加密和解密算法、明文、密钥等。非对称加密则需要将公开密钥与私有密钥两者进行配合使用，从而达到相应的加密保护效果，提高信息传输的安全性。

4结束语

第3篇

铁路计算机网络安全系统应用于多个方面，并且为其他行业做出鲜明的例子。合理的建立计算机网络安全系统，可以在计算机网络安全系统上建立一系列的安全系统平台。合理的铁路计算机网络安全系统，可以让铁路的客户端避免病毒的侵害，并且减少网络攻击等方面的侵害。铁路计算机网络安全系统为铁路信息系统提供了一个坚实的安全保障，让铁路信息系统在安全的环境下运行，保证客户资料的安全性。随着信息化社会的不断发展，铁路的运输以及市场营销和物流行业的发展，铁路计算机网络安全也在不断的提升网络安全程度，保证铁路信息网络的最大化安全。铁路计算机的网络安全，需要建立行业证书安全系统、访问控制系统、病毒防护系统等方面的安全系统，这样才能够有效的保证铁路计算机系统的安全性，让铁路计算机的网络系统发挥最大化的作用。通过完善铁路计算机网络安全，可以有效保证铁路计算机在最大化的安全下运行。

2铁路计算机网络安全的建设途径

2.1三网隔离为了保证生产网、内部服务网、外部服务网的安全，实现三网互相物理隔离，不得进行三网直接连接。尤其生产网、内部服务网的运行计算机严禁上INTERNET。

2.2建立良好的铁路行业数字证书系统良好的铁路行业数字证书系统能够有效的保证铁路计算机网络的安全，铁路的数字证书主要包括签名证书与加密证书。证书的管理系统有利于保证网络和信息安全。铁路行业的数字证书系统能够有效的提高铁路信息系统的安全，让铁路信息系统在一个安全的环境下运行。证书系统加强了客户身份的认证机制，加强了访问者的信息安全，并且发生了不安全的问题还有可以追查的可能。行业数字证书在铁路信息系统中有效的防止了非法人员篡改铁路信息的不良行为，并且对访问者提供了强大的保护手段。

2.3建立安全的访问控制系统安全的访问控制系统，是整个铁路计算机网络中的核心。建立合理的访问控制系统，可以防止用户对铁路资源的实际操作，隐藏铁路应用系统在网络中的位置，在铁路计算机网络的运行中，保证用户访问的安全性。根据用户的选择进行网络的授权，可以有效的控制用户对于铁路资源的访问，保证铁路用户合理的访问铁路资源。控制系统可以针对不同的资源建立不同的访问控制系统，建立多层次的访问控制系统。控制访问系统构成了铁路计算机网络的必经之路，并且可以将不良的信息进行有效的隔离与阻断，确保铁路网络信息的安全性。建立有效的访问控制系统，可以保证网络访问的安全性和数据传输的安全性，最大限度的保障铁路计算机的信息安全。

2.4建立有效的病毒防护系统有效的病毒防护系统就相当于杀毒软件存在于电脑中的作用一样，可以有效的防止病毒的入侵，控制进出铁路信息网的信息，保证信息的安全性。病毒的防护系统可以将进出铁路信息系统的信息进行检查，保证了铁路客户端的安全。病毒防护系统防止了不法人员企图通过病毒来入侵铁路信息网络系统，让铁路信息网络系统能够在安全的环境下运行，保证了信息的最大化安全性。定期的病毒查杀，可以保证铁路网络信息系统的安全，让铁路信息网络系统得到有效的控制，保证客户端的资料不被侵犯，保证铁路计算机网络的正常运行。

2.5加强人才培养和培训的力度信息系统的安全性很重要的一点是人员素质，管理人员的安全意识和技术水平直接影响到整个系统的安全性。目前，已有许多成熟的安全技术、安全产品，但能否让这些技术和产品在实际应用中充分发挥作用，关键还在于我们如何规划、组织及配置,这些都是和管理人员与工程技术人员的素质分不开的，因此，应该加强人才培养力度，根据信息安全的特殊性和各种不同人才需求层次，进行有针对性的培养和培训，为确保铁路信息安全，培养一支实力强劲的专业队伍。