一种嵌入式Linux系统上的新型完整性度量架构

完整性度量框架是可信计算平台的重要组成部分之一.但过往研究工作所提出的完整性度量框架设计在实际应用于嵌入式设备场景时,往往体现出不同程度的局限性.提出了内核级动态完整性度量架构(dynamic integrity measurement architecture at kernel-level, DIMAK),一种针对嵌入式Linux操作系统的实用化完整性度量架构,为基于Linux的嵌入式设备提供有效且高性能的运行时完整性验证能力.该架构支持对映射至系统内核空间及用户进程的可执行文本、静态数据以及动态链接信息等关键内容实施即时(just-in-time)完整性校验.利用Linux内核的进程、内存和页面管理机制,DIMAK实现了对被度量内容所驻留物理页面的运行时校验,避免了基于文件的静态度量方法可能存在的检查与使用时差(time-of-check to time-of-use, TOCTTOU)漏洞.通过首次引入对位置无关代码的重定位/动态链接信息的完整性基线预测方法,DIMAK在面对包括基于hooking的控制流劫持、恶意代码运行时载入等攻击威胁时具有较之现存同类技术更强的完备性.另外,通过引入对软件热补丁功能的可信验证支持,DIMAK在系统完整性度量问题中将该应用场景与恶意攻击行为正确地加以区分.根据各种被度量实体的不同类型,DIMAK在离线阶段、系统启动时、进程加载时和代码动态加载时等时机分别生成其对应的完整性基线,确保其完整性验证行为的正确性.真机测试显示,所述的DIMAK架构产生的性能开销完全可以满足嵌入式设备场景下的实际应用要求.     

基于TPM 2.0的内核完整性度量框架

针对当前的完整性度量技术无法支持可信平台模块(TPM)2.0规范的问题,对Linux内核完整性度量架构(IMA)进行改进,设计基于TPM 2.0的内核完整性度量框架,同时基于TPM 2.0芯片实现支持TPM 2.0规范的Linux可信内核。测试结果表明,IM A 2.0可以基于TPM 2.0对系统关键文件进行完整性检测,同时抵御对内核文件的篡改攻击。     

基于虚拟可信平台模块的完整性度量方案研究北大核心CSCD

针对SHA-1摘要算法不安全导致硬件TPM不可信的问题,文章提出一种基于虚拟可信平台模块的完整性度量方案。该方案引入自更新度量框架,将时间戳的摘要值附于度量组件后,并加入随机数以规避时钟攻击。文章还设计了与vTPM度量列表形式相似的自更新日志,以完善度量验证。文章在基于Xen的实验环境下对方案进行功能性验证,实验结果表明,该方案可使攻击者的攻击时间成本呈平方级增加,完整性度量的安全性得到大幅度提高。     

基于可信虚拟平台的数据封装方案

可信计算平台的封装存储功能将数据的加密存储与平台配置结合起来,可提供更为强有力的数据安全服务.然而,平台配置的频繁变动如硬件更替、软件更新及系统补丁等又极大地限制了封装存储功能的使用.针对这个问题,提出了一种基于可信虚拟平台的数据封装存储方案.方案引入了虚拟PCR(vPCR)和安全属性的概念,利用可信平台模块(TPM)将数据与系统安全属性封装起来保护.该方案除能适应平台配置频繁变更的问题外,还能同时保护多个虚拟机系统中数据的安全,不受虚拟机系统配置变化的影响.该方案执行操作简单,实验结果表明与原有方案相比,TPM的负担较小,性能无显著差别.     

一种并行可复原可信启动过程的设计与实现

操作系统可信性的建立是从整个计算机系统加电引导开始直至操作系统运行环境最终的创建，对任意一次可能降低操作系统可信性的执行代码操作都要进行一致性度量。本文基于可信计算联盟的规范，分析了基于TPM的可信引导过程，提出了一种新的可信引导过程：并行可复原可信引导过程一在主机CPU与TPM之间采用并行工作方式，并支持被验证组件代码的备份和恢复。然后利用通道技术设计和实现了这一引导过程。最后对该引导过程进行了安全和性能分析，分析表明该引导过程可以使计算机获得更高的安全保障，为进一步建立可信计算环境提供了基础。     

可信计算环境数据封装方法*

数据加解密、数据封装和数字信封是可信密码模块的三种数据安全保护方式。在可信计算环境下提出了一种数据封装方法。该方法将数据绑定于可信密码模块和特定的平台状态,使得受保护数据只能由特定用户在指定可信计算环境特定的平台状态下才能解密。实验表明,该方法在可信计算环境下以较小的代价实现了数据的封装,保护数据的安全性。     

基于可信计算平台的可信引导过程研究*

基于可信计算联盟的规范,设计了基于TPM的可信引导过程,并指出了该可信引导过程中亟待解决的问题.安全性分析表明,该可信引导过程可以使计算机获得更高的安全保障,为进一步建立可信计算环境提供了基础.     

基于可信计算的计算机安全防护体系设计

当今,计算机终端操作系统已经不能满足信息私密性和完整性的要求。纯软件的解决方案不能从本质上解决终端信息安全问题。据此,可信计算组织成立并发布了解决方案及相关规范。参考这些规范,利用现阶段计算机的相关资源,研究并设计了基于硬件PCI卡和软件协议栈的结合来构建稳固的计算机安全防护体系。     

一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法

Linux下的Rootkit通常使用修改系统内核关键位置数据的手段破坏系统内核完整性。可信计算是保护系统内核完整性的重要方法,可以使用它对Rootkit攻击进行监测。相较传统的被动可信计算体系,主动可信计算体系因其对上层应用透明、安全机制与计算功能充分隔离、可信根完全受硬件保护等特点,可以更有效地进行系统内核完整性保护。但目前的主动可信监测度量方法存在监测结果粒度较粗的问题,不能为防御者进行攻击对抗提供更详细的信息。针对这一问题,本文提出了一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法,安全域通过解析计算域内存语义信息,实现符号级别的细粒度可信度量,得到可用来对攻击进行分析的监测结果。实验表明,该方法可以在计算域受到Rootkit攻击时检测到全部被篡改的.text和.rodata段的符号,使用该方法得到的细粒度监测结果可以用来分析Rootkit的攻击手段和攻击目的,同时该方法对计算域的性能几乎没有影响。     

基于安全芯片的可信平台设计与实现

基于可信计算联盟的规范,设计并实现了一个能够进行系统完整性数据收集与度量的可信终端系统,在不明显降低系统效率的前提下,获得了更高的安全保障,为进一步建立可信网络环境提供了基础。     

基于TPM构建可信Hash树

提出一种用TPM实现可信Hash树的方法.Hash树具有保护少量信息即可度量大量数据的性质,而TPM为保护Hash树的少量信息提供了基础.在TPM和访问TPM的进程不被攻击的前提下,基于TPM的完整性度量机制,可以保证Hash树的可信.本文称这种基于TPM实现的Hash树为T_Hash树.以T_Hash树为基础,针对完整性度量请求集中于待度量数据某个局部的应用场景,我们设计了TF_Hash树和TFC_Hash树.分析证明:这三种Hash树能够发现对它们的非法篡改行为,是可信的Hash树.实验表明:在特定的应用环境,TF_Hash树有比T_Hash树更好的效率,而TFC_Hash树的性能较TF_Hash树也有进一步的提升.     

虚拟可信平台模块动态信任扩展方法

将可信计算技术应用到虚拟计算系统中,可以在云计算、网络功能虚拟化（network function virtualization,简称NFV）等场景下,提供基于硬件的可信保护功能.软件实现的虚拟可信平台模块（virtual trused platform module,简称vTPM）基于一个物理TPM（physical TPM,简称pTPM）,可让每个虚拟机拥有自己专属的TPM,但需要将对pTPM的信任扩展到vTPM上.现有方法主要采用证书链来进行扩展,但在虚拟机及其vTPM被迁移后,需要重新申请vTPM的身份密钥证书,可能会存在大量的短命证书,成本较高,且不能及时撤销旧pTPM对vTPM的信任扩展,也不能提供前向安全保证.提出了一种vTPM动态信任扩展（dynamic trust extension,简称DTE）方法,以满足虚拟机频繁迁移的需求.DTE将vTPM看作是pTPM的一个代理,vTPM每次进行远程证明时,需从一个认证服务器（authenticaiton server,简称AS）处获得一个有效的时间令牌.DTE在vTPM和pTPM之间建立了紧密的安全绑定关系,同时又能明显区分两种不同安全强度的TPM.在DTE里,vTPM被迁移后,无需重新获取身份秘钥证书,旧pTPM可及时撤销对vTPM的信任扩展,而且DTE可提供前向安全性.从原型系统及其性能测试与分析来看,DTE是可行的.     

基于Android系统嵌入式移动可信网关设计

以往移动可信平台设计均以终端设计为主,不适用于移动物联网条件下,提出一种基于Android系统的嵌入式可信移动网关,结合可信平台模块（ TPM）芯片与Android系统特有特性,设计新的可信模块。本设计提出 Android 系统下软硬件系统架构以及每个模块的详细功能。根据设计利用 Atmel AT97SC3205T芯片对Cortex—A8 S5PV210平台可信改造,并在Android系统上开发网关应用程序。根据此平台已经开发ZigBee应用程序,此设计有较高的商业价值。     

基于TPM的终端数据可信迁移研究

提出一种终端数据可信迁移方案以解决数据无防护地流入/流出终端所带来的安全问题。根据“全程BLP规则”对待流入/流出的数据进行安全检查,只允许符合安全策略的数据迁移,由TPM负责将其加密/解密。介绍实现框架并分析其安全性。该方案可以保证迁移数据的机密性和可控性。     

基于可信移动平台的直接匿名证明方案研究

可信平台模块(trusted platform module, TPM)采用的直接匿名证明(direct anonymous attestation, DAA)方法实现了对平台身份的匿名远程证明.然而对于具有匿名远程证明高需求的移动平台,目前仍然没有通用高效的DAA解决方案框架.针对上述问题,提出了一种适用于可信移动平台的DAA方案框架,框架充分考虑了移动应用背景,结合若干基于椭圆曲线的DAA(ECC-DAA)方案重新设计,首次提出匿名凭证嵌入和再次获取凭证功能,符合TPM 2.0技术和接口标准规范.给出了基于TrustZone安全技术和TPM Emulator实现的可信移动平台体系结构.对4种ECC-DAA方案和3种椭圆曲线进行了对比、实现和分析,实验表明,框架能够良好兼容DAA方案和曲线,具有较高的计算速度.