基于虚拟机的内核完整性保护技术

针对云计算中客户虚拟机内核完整性面临的威胁,该文提出了一种保护虚拟机内核完整性的技术-CTVM。该技术在KVM虚拟机环境中实现了虚拟化可信执行环境的创建,使多个客户虚拟机同时拥有可信计算功能,能对客户虚拟机提供启动完整性度量;在此基础上利用硬件辅助虚拟化技术,通过为客户虚拟机构造隔离的地址空间,使客户虚拟机中不可信模块与内核运行在逻辑隔离的地址空间。从这两个方面实现对客户虚拟机的启动和运行时的完整性保护。最后,以某国产服务器为实验平台实现了CTVM原型系统,系统测试与分析验证了技术的可用性,系统性能损耗在可接受的范围内。     

虚拟可信平台层次化安全体系结构设计

针对虚拟化技术给计算平台带来的一些新的安全问题,提出一种以虚拟机应用安全为核心的虚拟可信计算平台安全体系结构,为计算平台建立一种层次化的可信计算基(TCB):由硬件信任根TPM/TCM支持、可信虚拟机监控器(TVMM)以及安全管理器(SM)由底至上3个层次共同组成.基于开源XEN,设计了一种可保证虚拟机(VM s)及其应用安全的虚拟可信平台实例,它支持远程证实、信息流控制、安全迁移和私密性保护等安全机制.分析结果表明,实例系统可灵活支持其上虚拟机应用实现不同安全目标.     

基于可信计算机制的云计算盲数据处理

针对云计算环境下数据处理时敏感数据易受非授权访问和非法篡改的问题,提出一种基于可信计算机制的盲数据处理方法。首先利用可信平台模块在云计算环境中建立可信根,确保敏感数据与云计算系统状态相绑定;然后构建盲数据处理环境,通过可信平台模块加密云间传输的信息,进行系统完整性度量和远程验证;最后采用椭圆曲线加密算法完成从源端到目标端的数据迁移。分析结果表明该方法可以为云计算数据处理提供安全的执行环境。     

虚拟机环境下并行信任关系研究与实现

如何扩展传统信任链中的信任传递关系, 构建一个可信虚拟化环境, 从而保证虚拟域内软件的可信, 是可信计算应用到云计算中去的一个关键. 该文结合虚拟化技术的特点, 提出了一种适用于虚拟化环境的并行信任结构, 实现了将信任从虚拟化平台的信任根传递到虚拟域内的应用软件, 该信任结构通过在虚拟监控器中加载一个可信软件保护代理模块, 有效的减小了信任中间节点的复杂程度, 提高了系统的可控性和安全性. 本文还在该结构的基础上设计了一种虚拟机域内高可信软件保护模型, 并进行了部分系统实现.     

IaaS云虚拟机eID可信验证系统

为了解决云计算模式下数据与计算迁移造成的用户与云之间的互可信问题,从硬件平台、用户身份和用户行为多个维度,研究并设计了IaaS云虚拟机(eID)可信验证系统. 硬件平台采用可信第三方架构,采用全国唯一的公民网络电子身份eID标识用户身份,建立诚信记录,评估用户行为. 通过用户身份可信性验证、虚拟机可信性验证等4个阶段,有效解决了用户与云之间的互可信问题. 实验结果表明,该系统可抵御常见攻击方式,安全性高,且其计算时间复杂度在可接受范围内.     

基于Xen的可信虚拟机系统TV/Xen的研究设计

可信计算的出现为维护信息系统的安全带来了新的思路和方法,可信计算存在的应用问题的解决对于更好的利用可信计算技术维护信息系统的安全性将具有十分重要的意义.本文研究设计一套基于Xen的可信虚拟机系统TV/Xen,对系统的构建方法进行了研究和探讨,并利用该系统解决了针对TCG完整性度量的TOCTOU攻击问题.     

基于强化学习的云计算资源调度策略研究

提出了一种基于强化学习的云计算虚拟机资源调度问题的解决方案和策略。构建了虚拟机的动态负载调度模型,将虚拟机资源调度问题描述为马尔可夫决策过程。根据虚拟机系统调度模型构建状态空间和虚拟机数量增减空间,并设计了动作的奖励函数。采用Q值强化学习机制,实现了虚拟机资源调度策略。在云平台的虚拟机模型中,对按需增减虚拟机数量和虚拟机动态迁移两种场景下的学习调度策略进行了仿真,验证了该方法的有效性。     

可信计算平台AIK证书的生成研究与实现

可信平台模块（Trusted Platform Module,TPM）是可信计算的核心,为建立可信终端提供了可信根。在可信平台模块中管理着5种不同类型的密钥,AIK是这些密钥中较为重要的一种。在对AIK的生成原理进行深入研究与分析的基础上,利用OpenSSL的开源密码算法搭建隐私CA,模拟了PCA颁发AIK证书的过程。     

可信计算技术在云计算安全中的应用

安全问题是制约云计算发展的关键.分析了云计算环境下的安全需求,根据可信计算平台的关键部件TPM和可信网络连接,以及可信存储提供的功能,从认证、访问控制、数据安全、用户行为追踪、合规性支持、虚拟化安全支持,以及应急响应和法律监管支持等方面研究了可信计算技术对云计算安全的支持,以期为云计算的安全提供保障.     

基于TPM的安全操作系统的设计研究

目前操作系统正面临着各种各样的攻击,如何设计安全的操作系统对计算机的广泛应用有重要的作用。可信计算组织（Trusted Computing Group,TCG）提出了可信计算规范,其主要思想就是通过度量和验证来保证平台及应用的安全。结合TCG规范中＂可信链＂的思想,利用可信平台模块（trusted platformmodule,TPM）提供的可信计算功能,给出了基于TPM的安全操作系统的体系结构,进行了基于TPM的安全操作系统的启动设计和应用安全设计,可较好地解决目前操作系统面临的安全问题。     

嵌入式可信终端认证原型的研究与实现

针对目前终端面临的安全隐患,利用可信计算思想,提出了嵌入式可信终端认证原型的设计方案。该方案将口令、生物特征、证书机制和可信认证机制相互融合,构建出用户、终端和应用三层次嵌入式可信终端认证原型,并对可信终端的硬件环境构成、可信引导和可信认证等问题进行了深入分析。该原型对TCG定义的TPM功能进行了扩展和应用,可为嵌入式终端平台提供可信的计算环境。     

针对虚拟可信平台模块的国密算法扩展技术研究

为了规避使用外国密码算法带来的法律风险,满足中国《商用密码管理条例》的合规性要求,响应网络空间安全的自主可控要求,促进虚拟可信计算技术在国内云计算业务的大规模应用,本文对虚拟可信平台模块（vTPM,virtual Trusted Platform Module）和虚拟机信任链相关组件添加了对国密算法（中国国家商用密码算法）的支持。首先,在vTPM中添加对密码算法工具包GmSSL（GM/T Secure Sockets Layer）中散列密码算法SM3和对称密码算法SM4的调用接口,并利用GmSSL的大数运算模块实现国密算法中的非对称密码算法SM2的调用接口,从而为上层应用提供基于国密算法的可信计算功能。其次,在虚拟机信任链相关组件中添加SM3算法的实现代码,达成建立基于国密算法的虚拟机信任链的目标。最后,验证vTPM中调用接口的正确性和建立的虚拟机信任链的有效性,对比基于SM3算法和SHA-1算法虚拟机信任链的虚拟机开机时间。实验结果表明,添加的调用接口正确且有效,并且和基于SHA-1算法虚拟机信任链的虚拟机相比,基于SM3算法虚拟机信任链的虚拟机开机时间只增加3%,在安全性提升的同时其性能损耗在可接受范围。     

一种指纹特征识别的可信验证数字签名系统

针对云计算定制和交付两个出入口的安全问题,提出一种以可信云安全计算为支撑,基于传统密码学数字签名技术,设计了以生物指纹特征为可信计算的验证数字签名技术模型.首先利用二值化和细化算法生成1个像素宽度纹线的指纹图像教学模型框架,提取框架中的指纹特征点,进行数字指纹特征点的拓扑结构等价变换,并进行非对称加密,实现了基于指纹特征识别的可信验证数字签名信任根.结果表明该方法具备生物特征“零知识”验证特点,具有抗攻击性强、加解密运算速度快的优势,从而提高可信云-端的用户安全防御能力.     

VirtinSpector：一种基于UEFI的虚拟机动态安全度量框架设计与实现

通过可信硬件能够弥补单纯软件安全的不足,从整体上提高云系统的安全性。但是,面对云环境运行时的安全,传统可信硬件技术无法提供足够的保障。为此,本文提出了一种基于UEFI的虚拟机动态安全框架——VirtinSpector。该框架能够将UEFI固件作为可信基础,对云系统的基础设施层进行实时、动态的安全度量,提供传统可信技术无法达到的动态保护。在此框架基础上,本文以某国产服务器为实验平台,构建云环境,实现了一个面向Xen环境的UEFI虚拟机动态安全度量原型系统。实验与分析表明,该框架能够有效检测针对虚拟域、管理域和虚拟化软件的攻击,为云系统提供来自基础设施层的安全支撑。并且对原有系统的性能损耗在允许范围之内,不影响用户的正常使用。     

可信计算中信任链建立的形式化验证

为了对可信平台控制模块的信任链建立过程进行理论验证,在对基于可信平台控制模块( trusted platform control module, TPCM)的信任链建立过程进行抽象处理的基础上,给出了抽象模型中各个实体状态的进程代数描述,并利用进程代数的公理系统做了形式化验证. 验证的结果表明系统具有期望的外部行为.