在卫星网络发展如火如荼的今天,研究如何防护终端节点的安全显得尤为重要。综合电子系统是一种通过总线连接中央管理单元和各个复杂硬件模块的资源整合系统,现在已经广泛部署于飞机、航天器、车辆等关键终端设备。受综合电子系统的历史发展、系统资源和计算能力等限制,其网络安全防护能力十分薄弱。研究面向综合电子系统的安全防护机制对提升下一代通信网络关键节点的安全性具有重大意义。目前对综合电子系统的研究主要集中在功能安全领域,即保证系统在特殊运行环境下的可靠稳定,而很少关注其网络安全。针对综合电子系统内部安全机制缺失问题,本文深入分析了系统工作机制和总线网络通信特征,通过构建总线级系统威胁模型,讨论潜在的攻击场景与可行路径,提出自适应总线协议的轻量异常检测方案、具备异常流量精确区分能力的深度检测方案、关联消息的高效认证和加密通信协议。论文的主要工作包括:（1）综合电子系统仿真平台构建与系统威胁建模。综合电子系统昂贵的系统造价以及应用领域的特殊性限制了研究者在真实环境中开展实验研究与验证。本文基于离散事件模拟机制设计并开发了一个软硬件结合的综合电子系统仿真平台,保留了其通信总线某些硬件电气特性的同时使得系统结构易于更改,并可支持安全方案的模块化实施和部署。为构建系统总线级威胁模型,本文基于STRIDE策略识别和划分系统资产,明确系统可信边界和威胁来源,分析各类资产面临的网络安全威胁,然后以六类典型威胁为攻击树根节点,讨论系统中可能存在的攻击场景,并基于仿真平台对不同攻击路径进行了可行性验证,说明了各场景下的攻击目标与攻击效果。（2）基于周期序列和行为规则的自适应轻量异常检测。提出了适配总线通信协议的轻量级异常检测方案。利用系统中周期性消息和非周期性消息的不同特性,本文分别设计了一种周期性消息序列提取算法和一种系统行为规则构建方法。周期序列提取算法能够自适应地从总线历史流量中提取出序列规则而不需要掌握系统先验知识;系统行为规则构建方法则通过学习系统状态转移和系统行为的映射关系,基于决策树算法对异常非周期性消息进行检测。本方案的轻量性建立于对总线通信协议的深度理解,充分利用系统工作机制对消息类型和内容的限制来提取系统中相对固定的周期消息序列和系统行为触发规则。实验分析表明,本方案达到了96.82%的准确率,与现有工作相比F-Score提高了5.45%,同时检测速度提升了8.69%。（3）具备流量类型精确区分能力的深度异常检测。提出了基于深度学习模型的总线流量异常检测方案,能够精确区分不同类型的异常流量。为了从通信消息中提取深层关联特征,本方案将消息序列扩维成指定长度的重组数据块后作为深度异常检测模型的输入。在实验部分,本章利用所实现的攻击模块在正常消息中平铺注入了三种典型异常流量作为实验数据集。为了评估检测模型的效果和性能,本方案基于网格搜索进行手动调参,以检测准确率为主要指标寻找本文参考IES模型下的最优超参数配置。实验表明本方案对三种异常流量类型的平均检测准确率达到了99.55%,同时提供了极低的误报和漏报率。与上一章的轻量方案以及现有工作对比,本方案消除了对于消息序列时间特征的依赖,因此提高了对重放攻击的检测能力,整体漏报率降低到了1.87%。本方案具有较强的鲁棒性,能应用于设计复杂的总线系统。（4）面向总线通信网络的高效关联消息认证加密。提出了面向总线系统的消息级别的密钥管理和认证加密方案。根据总线通信网络中终端信任级别不同,本文将终端通信划分为基础级和扩展级两个层级。基础级通信发生于总线控制器与远置单元之间,预先共享对称密钥;扩展级通信发生于不同远置单元之间,不需要预先共享对称密钥。首先面向基础级通信提出了基于对称密钥的认证会话密钥协商;然后在远置单元之间不共享对称密钥的前提下,面向扩展级通信提出了非对称的会话密钥协商;最后分别提出了相应的非交互密钥更新方案。并设计了同时适用于两级通信的消息级别认证加密安全通信协议。提供的可证明安全分析及形式化验证结果证明了本方案的双向认证性、显式密钥确认和密钥协商的一致性。与现有工作的对比和仿真实验说明了本方案的轻量性和可行性。本文针对综合电子系统存在的安全问题,在分析并构建综合电子系统总线级威胁模型的基础上,综合考虑系统环境和内部通信协议,提出了有效补强系统关键脆弱环节的安全防护机制和方案,并通过仿真平台开展了实验分析与验证。本文的研究成果有效提升了综合电子系统的安全性,对增强关键终端设备的网络安全起到了积极作用。