基于TPM的运行时软件可信证据收集机制

扩展了已有的软件可信性证据模型,引入了运行时软件可信证据,从而提供了更为全面的软件可信证据模型.为了提供客观、真实、全面的可信证据,提出了一种基于可信计算技术的软件运行时可信证据收集机制.利用可信平台模块(trusted platform module,简称TPM)提供的安全功能,结合“最新加载技术(late launch)”,在操作系统层引入了一个可信证据收集代理.此代理利用TPM,可以客观地收集目标应用程序的运行时可作为软件可信证据的信息,并保障可信证据本身的可信性.该可信证据收集机制具有良好的可扩展性,能够支持面向不同应用的信任评估模型.基于Linux Security Module,在Linux中实现了一个可信证据收集代理的原型.基于该原型,分析了一个分布式计算客户端实例的相关可信属性,并且分析了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.     

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.     

可信接入鉴别协议的研究与设计

在对我国自主制定的无线局域网国家标准WAPI中WAI的安全接入过程分析的基础上,针对该协议存在终端完整性安全隐患,引入完整性度量的思想,提出基于可信平台模块（TPM）的WAI协议方案—TWAI。该方案利用TPM的本地保护和平台证实等功能来保证通信各个环节的安全可靠,并利用CK模型对其过程进行了安全性分析以及可信性分析。分析结果表明,TWAI能够实现终端完整性保护、双向实体认证等安全目标,从而增强了WAI协议运行的安全性。     

基于TEE的主动可信TPM/TCM设计与实现

可信技术正在从被动可信度量向着下一代的主动可信监控方向发展，要求TPM/TCM模块有能力主动度量和干预主机系统，传统的TPM/TCM从架构和运行机制等方面都无法满足这种能力.TEE（trusted executionenvironment）技术提供了可信执行环境和主动访控能力，为构建下一代TPM/TCM提供了基本平台，但还存在系统结构、存储以及通信等多方面挑战.提出基于ARM平台TrustZone机制的TZTCM方案，通过分核异步系统架构解决TZTCM独立可信运行和主动可信安全监控问题，基于PUF（physical unclonable functions）安全存储机制和基于UUID（universally unique identifier）的TEE安全通信机制，解决了TEE环境下可信平台模块的存储安全和通信安全问题，为设计实现主动可信TPM/TCM给出了理论和实践参考.通过实验验证了所提关键机制的有效性，实验结果表明，TZTCM在密码计算能力上较常见TPM也有很大提升.TZTCM只需要在系统中增加或修改相应的软/固件，除了主动可信监控能力，还具有低成本、高性能、低功耗、易升级等特点，相对传统TPM/TCM具有非常明显的优势.     

基于流量特征的可信网络系统设计与实现

大多数可信网络系统使用的完整性度量技术仅能度量可执行文件而忽略了脚本文件,造成安全隐患。针对该问题,设计实现一种基于流量特征的可信网络系统,不仅对终端进行完整性度量,还利用终端网络流量的周期统计信息判断终端的完整性状态,由此保证脚本文件的可信性。在Linux上实现该系统,结果证明其能够快速检测出特定的脚本病毒。     

基于可信计算平台的可信动态客体监管系统的设计与实现

大部分安全操作系统在处理客体时,没有区分具体的客体类型,均采用统一的方法进标识,而且多数安全操作系统中采用传统访问控制方法保护的客体均是静态客体,忽略了对动态客体的保护,使得黑客或攻击者可以进行欺骗和中间人攻击,因此,安全操作系统中的动态客体并不可信.首先分析了操作系统中客体的类型,提出了可信动态客体的概念,并分析了其特点.为了防止动态客体泄露信息,提出了基于TPM的可信动态客体监管系统.一方面,该系统要求主体必须在TPM中注册,确保主体身份合法性,才能利用可信动态客体进行信息传递;另一方面,在TPM中必须存储创建该可信动态客体的属主的身份信息,以确保可信动态客体身份的合法性.最后进行了安全和性能分析,分析表明该可信动态客体监管系统可以阻止黑客利用动态客体进行欺骗和中间人攻击,防止信息泄露,为进一步建立可信计算环境提供了基础.     

一种可信终端运行环境远程证明方案

可信终端的远程证明无论是基于二进制的证明方案还是基于属性的证明方案,针对的均是终端的静态环境,反映的是终端的软件配置结构,并不能证明终端运行环境的真正可信.针对这一问题,提出了一种终端可信环境远程证明方案.针对静态环境,该方案考虑了满足可信平台规范的信任链以及相关软件配置的可信属性证明;针对动态环境,该方案考虑了终端行为的可信属性证明.并分别给出了信任链、平台软件配置和终端行为等属性证明的可信性判定策略和算法,以及终端运行环境远程证明的综合性判定策略和算法.另外,在Windows 平台上,设计和实现了该方案中的两个核心实体：证明代理和验证代理,并设计了证明代理和验证代理之间的通信协议.最后,介绍了该方案在Windows 平台上的一个典型应用案例以及证明代理在该应用实例中的性能开销.应用实例验证了该方案的可行性.     

基于TCM的嵌入式可信终端系统设计

针对目前各种嵌入式终端的安全需求,借鉴普通安全PC中TPM的应用情况,结合操作系统微内核技术,提出一种嵌入式可信终端设计方案,该方案基于可信根TCM,实现了自启动代码、操作系统到上层应用程序的"自下而上"的可信链传递,适用于嵌入式终端的安全应用.最后,通过设计一个试验系统,重点阐述了可信启动的具体实现步骤,并分析了因此带来的性能变化.     

一种支持软件资源可信评估的框架

提出了一种支持软件资源可信评估的框架,并分析了该框架涉及到的技术,如证据收集、证据信任管理和可信评估等.阐述了该框架在北京大学软件资源库中的设计决策和实现方案,并给出一个详尽的实例分析.     

一种基于端对端平台可信性互认证的可信迁移框架及协议

针对计算平台间的对象(如进行/线程、服务和移动代理)迁移的安全问题,提出了一种基于端对端平台可信性相互认证的迁移框架.从受保护的底层硬件开始,使用可信平台模块TPM的完整性度量机制来实现计算平台间、平台与服务以及封存状态数据的可信认证.通过提出的认证协议可保证迁移对象在可信的计算环境中转移.该迁移框架及认证协议为网格计算、集群和分布式计算取得高可用性、高安全性提供了一种可行性现实方案.     

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.     

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.     

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.     

一个基于可信计算技术的可信下载协议

私有代理程序在开放网络中因为业务需要而进行迁移是一个常见的活动,如何保证接收方主机平台不受恶意程序攻击,同时又要确认接收方平台的可信度是一个具有普遍意义的问题。利用可信计算技术,设计了一个可信下载协议,有效地解决了上述问题,并利用AVISPA工具包对协议进行了验证,验证结果表明该协议实现了双向平台完整性鉴别、双向实体鉴别以及私有代理程序在迁移过程中的机密性和完整性。     

面向第三方的云平台可信性在线评测及分析技术

云计算的服务模式对用户数据安全产生的严重威胁,必须通过第三方对云计算是否可信进行评测,才能保障云计算产业的健康发展。由此,总结了国家高技术研究发展计划课题“面向第三方的云平台可信性在线评测及分析技术”的研究内容与成果,描述了从云平台可信评测模型与体系结构、可信性动态评测技术、可信证据收集及可信测试机制、可信性的多维量化评估方法、评测原型系统与工具集5个方面的研究工作,并对云平台的可信性进行评测。     

基于交互式马尔可夫链的可信动态度量研究

可信动态度量为保障可信计算平台的可靠运行提供了重要支撑.根据系统的可靠性、可用性、信息和行为安全性,提出了可信度量要达到的目标.当前的可信度量集中在可信功能度量上,基于交互式马尔可夫链增加性能特征指标度量,即在预期行为描述模型中,运用变迁系统模型描述功能预期,通过将体现在可靠性上的路径概率与预期的关联,获取完成特定行为...     

基于TPCM的容器云可信环境研究

容器技术是一种轻量级的操作系统虚拟化技术,被广泛应用于云计算环境,是云计算领域的研究热点,其安全性备受关注。提出了一种采用主动免疫可信计算进行容器云可信环境构建方法,其安全性符合网络安全等级保护标准要求。首先,通过 TPCM 对容器云服务器进行度量,由 TPCM 到容器的运行环境建立一条可信链。然后,通过在 TSB 增加容器可信的度量代理,实现对容器运行过程的可信度量与可信远程证明。最后,基于Docker与Kubernetes建立实验原型并进行实验。实验结果表明,所提方法能保障云服务器的启动过程与容器运行过程的可信,符合网络安全等级保护标准测评要求。     

面向云计算模式运行环境可信性动态验证机制

如何为用户提供一个可证明、可验证的可信运行环境,是云计算模式面临的重要问题.提出一种动态的用户运行环境可信性验证机制TCEE（trusted cloud execution environment）.通过扩展现有可信链,将可信传递到用户虚拟机内部,并周期性地对用户运行环境的内存和文件系统进行完整性验证.TCEE引入可信第三方TTP（trusted third party）,针对用户虚拟机运行环境的可信性进行远程验证和审计,避免了由用户维护可信验证的相关信息和机制,同时也能够避免云平台敏感信息的泄露.实现了基于TCEE的原型系统,对TCEE的有效性和性能代价进行定量测试和评价.实验结果表明,该机制可以有效检测针对内存和文件系统的典型威胁,且对用户运行环境引入的性能代价较小.