虚拟计算平台远程可信认证技术研究

与传统的单机系统按照可信平台模块、可信BIOS、操作系统装载器、操作系统内核的信任链传递方式不同,虚拟化计算环境信任链按照可信平台模块、可信BIOS、虚拟机监控器和管理虚拟机、用户虚拟机装载器、用户虚拟机操作系统装载器、用户虚拟机操作系统内核的方式进行.文章对虚拟计算平台远程完整性验证的安全需求进行了分析.为防止恶意的虚拟机监控器篡改虚拟机的完整性证明,文章提出虚拟机平台和虚拟机管理器两级的深度认证.在对虚拟机认证过程中,远程挑战者需要通过虚拟机或者直接与虚拟平台建立联系来认证平台的虚拟机管理器层.为防止中间人攻击,文章提出将物理平台寄存器映射到各虚拟平台寄存器的方式解决虚拟机与物理平台的绑定问题.     

基于QEMU的虚拟可信平台模块的设计与实现

针对可信计算机系统信任链传递过程中的安全性缺陷,提出了在虚拟机中进行信任链传递的虚拟机穿越技术,并在QEMU虚拟机中实现了虚拟可信平台模块。虚拟可信平台模块通过采用信息代理的实现方式并利用虚拟机的封闭性和隔离性为可信计算机系统信任链传递提供了一个安全、高效和透明环境。通过KnoppixLinux分析和比较了QEMU虚拟机中实现的虚拟可信平台模块和Xen中基于可信平台模拟器的虚拟可信平台模块。     

云服务中虚拟机与虚拟可信平台模块数据迁移的研究

主要研究数据存储的基础设施的安全保护。以开源的基础设施Xen的虚拟化可信平台模块vTPM为基础,研究迁移方法中的四个基本需求,再对虚拟机及其虚拟可信平台模块vTPM的运行环境做分析。采用身份加密机制、安全通道以及虚拟迁移等技术,完成安全的数据迁移。最后通过实验对该迁移机制进行安全性分析,得出了此迁移方法是有效且可靠的。     

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.     

云环境中可信虚拟平台的远程证明方案研究

云环境中如何证明虚拟平台的可信,是值得研究的问题.由于云环境中虚拟平台包括运行于物理平台上的虚拟机管理器和虚拟机,它们是不同的逻辑运行实体,具有层次性和动态性,因此,现有的可信终端远程证明方案,包括隐私CA （privacy certification authority,简称PCA）方案和直接匿名证明（direct anonymous attestation,简称DAA）方案,都并不能直接用于可信虚拟平台.而TCG发布的Virtualized Trusted Platform Architecture Specification 1.0版中,可信虚拟平台的远程证明方案仅仅是个框架,并没有具体实施方案.为此,提出了一种自顶向下的可信虚拟平台远程证明实施方案——TVP-PCA.该方案是在虚拟机中设置一个认证代理,在虚拟机管理器中新增一个认证服务,挑战方首先通过顶层的认证代理证明虚拟机环境可信,然后通过底层的认证服务证明运行于物理平台上的虚拟机管理器可信,顶层和底层证明合起来确保了整个虚拟平台的可信,有效解决了顶层证明和底层证明的同一性问题.实验结果表明,该方案不仅能够证明虚拟机的可信,而且还能证明虚拟机管理器和物理平台的可信,因而证明了云环境中的虚拟平台是真正可信的.     

基于无干扰理论的信任链传递模型

针对现有的信任链传递模型可用性不强、缺乏将信任链扩展到网络环境的缺点,提出了一种新的基于无干扰理论的信任链传递模型。该模型将系统抽象为进程、动作和执行,从可信根出发,通过度量程序及其动态库完整性来保证进程静态可信;分析交互进程之间的关系,利用无干扰理论判定其合法性;通过对接入终端的可信度量,将信任链扩展到整个网络系统。最后给出了相应的形式化定义及安全性证明。     

基于Unikernel技术的移动通信网络虚拟可信管理技术研究

虚拟化技术提高了物理资源的利用效率,但是虚拟化技术也面临虚拟机逃逸、跳跃攻击、虚拟机蔓延、隐通道、DMA攻击等安全风险,可信芯片技术可以从源头保证平台可信性,保证虚拟域的安全可信。本方案提出一种基于Unikernel技术的虚拟可信管理服务器构建方案,能够实现虚拟化环境下可信安全管理,不再将虚拟可信管理组件和可信平台模块放在特权域Domain0中,而是将虚拟TPM的管理组件与所需操作系统功能库编译并链接为一个密封的、具有单独地址空间的、专门的虚拟机镜像,直接运行在Hypervisor之上,能够为虚拟域提供可信管理服务。     

Kylin系统的内核级Rootkit防护

内核级rootkit是破坏内核完整性的最大威胁,它主要通过可加载模块方式和文件补丁方式破坏内核完整性。该文提出一种针对内核级rootkit威胁的防护模型,从一个可信根开始,开机引导验证完整性到系统运行时认证可加载模块,整个过程以信任链的形式传递,一级级度量,保证整个过程的可信赖性。讨论了该模型对系统性能的影响。     

基于可信计算平台的信任链传递研究进展

信任链传递问题是可信计算的基本问题.阐述了信任链传递在技术与理论方面的最新研究进展.通过分析信任链传递的技术方案、可信测量技术、信任链理论和信任链的可信度度量理论,提出了值得研究的理论与技术方向,包括:以可信静态测量、可信动态测量技术等为代表的信任链传递关键技术,以信任链层次理论模型、信任链传递中的信任损失度量理论和软件的动态可信度度量理论等为代表的基础理论.     

并行分类信任链传递模型

目前的信任链传递模型在解决应用层的信任传递问题上采用串行完整性度量方案,增加了系统的时间开销,影响系统效率。论文提出了一种新的信任链传递模型,该模型利用虚拟化技术提出并行分类完整性度量方法,降低了应用层可信传递过程中的完整性度量时间开销,同时用户也可以根据自己的需求决定是否允许应用程序运行;通过对所提模型的形式化验证,表明新模型满足可信传递需求。     

嵌入式TPM及信任链的研究与实现

为将可信计算技术更有效应用于嵌入式系统,结合链式与星型信任结构,提出了一种带数据恢复功能的混合式信任结构,可降低链式结构的信任损失,减轻星型结构中可信平台模块(TPM)的计算负担.在此基础上构建并实现了一种嵌入式可信平台,以内置可信度量核心根(CRTM)的嵌入式TPM作为信任根,并在其内部设计了双端口内存作为与嵌入式处理器间的通信接口.该平台在启动过程中通过CRTM验证启动程序及操作系统的完整性,利用操作系统动态拦截和验证应用程序的完整性,并在发现完整性度量值被修改时启动数据恢复功能,从而有效保证了嵌入式系统软件组件的完整性和可信启动.     

可信终端动态运行环境的可信证据收集代理

可信计算的链式度量机制不容易扩展到终端所有应用程序,因而可信终端要始终保证其动态运行环境的可信仍然较为困难.为了提供可信终端动态运行环境客观、真实、全面的可信证据,设计并实现了一个基于可信平台模块(trusted platform model,简称TPM)的终端动态运行环境可信证据收集代理.该代理的主要功能是收集可信终端内存、进程、磁盘文件、网络端口、策略数据等关键对象的状态信息和操作信息.首先,通过扩展TPM信任传递过程及其度量功能保证该代理的静态可信,利用可信虚拟机监视器(trusted virtual machine monitor,简称TVMM)提供的隔离技术保证该代理动态可信;然后,利用TPM的加密和签名功能保证收集的证据的来源和传输可信;最后,在Windows平台中实现了一个可信证据收集代理原型,并以一个开放的局域网为实验环境来分析可信证据收集代理所获取的终端动态运行环境可信证据以及可信证据收集代理在该应用实例中的性能开销.该应用实例验证了该方案的可行性.     

一种柔性可信计算机模型与实现方法

基于可信计算组织提出的可信计算原理和安全技术规范，设计了一种柔性可信计算机模型(FTPC)，阐述了该模型的信任机制和实现方法。FTPC通过增强传统BIOS的安全功能，以BIOS核心代码为可信根核，将可信计算模块(TPM)封装成块设备，并通过计算机USB接口实现TPM与BIOS和操作系统的交互。FTPC采用实体的身份认证、完整性度量和密封存储等技术，无需改变现有计算机硬件体系结构即可支持可信计算，FTPC具有易实施和应用灵活的特点。     

一种基于可信平台模块的可信网络模型

针对网络中可信模型的建立问题,在现有可信计算理论、可信网络接入技术基础上,提出一种基于可信平台模块安全芯片的可信网络模型。该模型从终端建立可信链并将其传递到网络中,给出模型的架构及信息流分析,对信任度的度量进行形式化计算。性能分析结果显示,该网络模型具有较强的健壮性和较高的可信度。     

用TPM增强Kerberos协议的安全性

根据Kerberos协议基本原理和可信计算的特点,提出把TPM(可信平台模块)加入到Kerberos认证系统中,在用户请求认证的过程中对终端平台的完整性进行测量,并分析此平台的可信性,从而确保加入该Kerberos域的终端平台安全可靠.通过在Kerberos认证中心加入TPM增强Kerberos认证协议所信赖的可信第三方的安全性.这样,确保整个Kerberos认证系统安全可靠,并通过Kerberos的跨域认证实现基于Kerberos认证的可信网络.     

基于无干扰理论的云服务行为可信模型

为解决云服务环境下存在的资源共享及特权安全威胁,将传统的无干扰理论引入云服务环境中,提出一种基于无干扰理论的云服务可信模型（NICTM）。该模型将云服务中域、动作、状态、输出等进行抽象,形式化地定义了云服务环境中域的可信;然后证明了用户域行为可信定理,符合定理的用户域可以被证明是可信的;最后在Xen虚拟化平台上实现了基于模型的原型系统,并通过实验验证了模型的可行性。     

基于分布式可信度量的移动代理安全应用模型研究

本文主要讨论了可信计算平台上的移动代理安全方案。利用可信计算平台提供的可信度量策略与信任链机制,构建基于可信度量的移动代理安全体系结构。进一步地,在此类平台所构成的移动代理分布式计算环境中,建立了移动代理平台间基于可信度量的信任关系数学模型,并进行了数值模拟与测试验证。     

基于可信计算的多租户隐私数据保护

针对多租户应用的隐私数据保护问题, 在分析多租户应用的特点和隐私数据保护需求的基础上, 将可信计算技术引入多租户隐私数据保护, 基于虚拟可信平台模块vTPM提出了一种具有定制性的加密保护方案, 利用vTPM提供的加密密钥对租户的隐私数据进行加密, 同时利用vTPM的密钥保护和管理功能对加密密钥进行保护. 最后, 基于Xen实现的vTPM实现了本方案.