TRainbow: a new trusted virtual machine based platform

Currently, with the evolution of virtualization technology, cloud computing mode has become more and more popular. However, people still concern the issues of the runtime integrity and data security of cloud computing platform, as well as the service efficiency on such computing platform. At the same time, according to our knowledge, the design theory of the trusted virtual computing environment and its core system software for such network-based computing platform is at the exploratory stage. In this paper, we believe that efficiency and isolation are the two key proprieties of the trusted virtual computing environment. To guarantee these two proprieties, based on the design principle of splitting, customizing, reconstructing, and isolation-based enhancing to the platform, we introduce TRainbow, a novel trusted virtual computing platform developing by our research group. With the two creative mechanisms, that is, capacity flowing amongst VMs and VM-based kernel reconstructing, TRainbow provides great improvements (up to 42%) in service performance and isolated reliable computing environment for Internet-oriented, large-scale, concurrent services.     

Multi-tenant intrusion detection system for public cloud (MTIDS)

Cloud computing is an innovative paradigm technology that is known for its versatility. It provides many creative services as requested, and it is both cost efficient and reliable. More specifically, cloud computing provides an opportunity for tenants to reduce cost and raise effectiveness by offering an alternative method of service utilization. Although these services are easily provided to tenants on demand with minor infrastructure investment, they are significantly exposed to intrusion attempts since the services are offered under the administration of diverse supervision over the Internet. Moreover, the security mechanisms offered by cloud providers do not take into consideration the variation of tenants’ needs as they provide the same security mechanism for all tenants. So, meeting tenants’ security requirements are still a major challenge for cloud providers. In this paper, we concentrate on the security service offered to cloud tenants and service providers and their infrastructure to restrain intruders. We intend to provide a flexible, on-demand, scalable, and pay-as-you-go multi-tenant intrusion detection system as a service that targets the security of the public cloud. Further, it is designed to deliver appropriate and optimized security taking into consideration the tenants’ needs in terms of security service requirements and budget.     

一种透明的可信云租户隔离机制研究

租户隔离是云计算能被作为第三方服务提供给租户的重要前提,因此云租户隔离机制的安全有效性能否被租户信任对云计算服务的推广非常关键.但是在云计算这种第三方服务模式中,由于租户不能参与云服务基础设施及其安全隔离机制的建设和管理过程,因此他们难以对云租户隔离机制的安全有效性建立信心.本文将透明性要求视为可信云租户隔离机制的一部分,将云租户隔离机制和租户透明要求都转化为云服务系统中不同安全域之间的信息流, 对云租户隔离机制进行定义,并制定云计算平台中的域间信息流策略控制方式,最后基于信息流无干扰理论证明了所定义的云租户隔离机制在安全方面的有效性.     

云计算环境中的虚拟机同驻安全问题综述

在云计算环境中,为了实现资源共享,不同租户的虚拟机可能运行在同一台物理机器上,即虚拟机同驻,这将带来新的安全问题。为此,文章重点讨论同驻虚拟机所面临的一些新的安全威胁,包括资源干扰、隐蔽通道/侧信道、拒绝服务与虚拟机负载监听等,介绍现有虚拟机同驻探测方法,总结针对虚拟机同驻威胁的四种防御思路,并分析未来的研究趋势。     

云计算中密码应用模式初探

文章在分析云计算安全风险的基础上,阐述了云计算中的密码应用模式,包括密码应用模式框架和云计算中用户数据的加密方式,重点针对云计算中动态数据的机密性,从可信计算平台、安全虚拟机、密码协处理器和虚拟桌面技术等四方面,讨论了密码应用的新模式。     

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。     

云计算环境下的可信接入安全协议研究进展

随着云计算的蓬勃发展,越来越多的用户在云端使用计算和存储资源,然而各种安全问题接踵而来.云计算和可信计算技术的融合研究将成为云安全领域的重要趋势,通过设计安全协议来保障整个云计算环境的安全性和可生存性.主要针对在云计算环境下的可信接入安全协议及其形式化证明,进行了归类综述和对比分析,最后指出可信云平台所面临的研究问题.     

A Cost Model for IaaS Clouds Based on Virtual Machine Energy Consumption

Cloud Computing has revolutionized the software, platform and infrastructure provisioning. Infrastructure-as-a-Service (IaaS) providers offer on-demand and configurable Virtual Machine (VMs) to tenants of cloud computing services. A key consolidation force that widespread IaaS deployment is the use of pay-as-you-go and pay-as-you-use cost models. In these models, a service price can be composed of two dimensions: the individual consumption, and a proportional value charged for service maintenance. A common practice for public providers is to dilute both capital and operational costs on predefined pricing sheets. In this context, we propose PSVE (Proportional-Shared Virtual Energy), a cost model for IaaS providers based on CPU energy consumption. Aligned with traditional commodity prices, PSVE is composed of two key elements: an individualized cost accounted from CPU usage of VMs (e.g., processing and networking), and a shared cost from common hypervisor management operations, proportionally distributed among VMs.     

一种改进的基于可信计算技术的虚拟机迁移方法

云计算技术越来越受欢迎,而作为节点的用户在使用云计算资源时,由于资源分配原因,可能会迁移到其他节点。在迁移过程中,会产生数据泄露等不安全事件。拟基于可信计算技术,提出一个安全的虚拟机迁移方法。该方法基于可信云计算平台模型,方法修改模型中的TC（TrustCoordinator）,使可信节点承担可信第三方的职责。在此基础上,通过传递随机数方法,使可信节点和PCA（PrivacyCerti—ficationAuthority）验证对方是否可信,可信则迁移虚拟机,否则拒绝迁移。     

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.     

云计算环境下的虚拟机快速克隆技术

虚拟机克隆技术是指在云计算环境下快速复制出多个虚拟机（VM）并将这些VM分发到多台物理主机上,克隆出来的VM共享相同的初始状态然后独立运行提供服务。虚拟机克隆使得云计算提供商能够快速有效地部署系统资源。给出了一种虚拟机快速克隆方法,利用写时拷贝技术来创建虚拟磁盘和内存状态的快照,然后用按需分配内存技术和多点传送技术来请求和传输这些状态信息。在C3云平台上的实验表明,此方法在不中断源虚拟机中运行服务的情况下,实现了云计算中的快速虚拟机克隆。     

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.     

SGX技术的分析和研究

安全性是云计算中一项极为重要的需求,然而如何保护云计算中关键应用程序和数据的安全、防止云平台管理员泄露用户隐私,仍然是目前没有解决的难题.2013年,Intel公司提出了新的处理器安全技术SGX,能够在计算平台上提供一个可信的隔离空间,保障用户关键代码和数据的机密性和完整性.作为系统安全领域的重大研究进展,SGX对系统安全,尤其是云计算安全保护方面具有非常重要的意义.该文介绍了SGX的原理和特性,分析了SGX的关键技术以及针对SGX的侧信道攻击及防御方法.同时,总结和归纳了该技术的研究成果,分析了SGX技术与其他可信计算技术的异同,并指出了SGX技术的未来研究挑战和应用需求.     

区块链即服务的发展现状与展望

论述区块链即服务研究现状,通过云计算和区块链技术结合方式介绍区块链即服务工作原理,根据区块链即服务面向的服务对象论述基础设计原则,以主流的区块链即服务平台分析研究基本架构。区块链即服务作为一种云服务,是区块链服务设施的云端出租网络平台,依照其租户特点使计算资源、平台资源、软件资源、硬件资源得到最大程度的共享。区块链即服务通过大容量的资源池,保障租户的业务规模可灵活弹性伸缩,租用设施可共享和独享,安全可靠运行。针对区块链即服务风险监管、技术难点、性能等问题对当前研究的不足和未来的研究方向进行分析和展望。     

DFA-VMP: An efficient and secure virtual machine placement strategy under cloud environment

The problem of Virtual Machine (VM) placement is critical to the security and efficiency of the cloud infrastructure. Nowadays most research focuses on the influences caused by the deployed VM on the data center load, energy consumption, resource loss, etc. Few works consider the security and privacy issues of the tenant data on the VM. For instance, as the application of virtualization technology, the VM from different tenants may be placed on one physical host. Hence, attackers may steal secrets from other tenants by using the side-channel attack based on the shared physical resources, which will threat the data security of the tenants in the cloud computing. To address the above issues, this paper proposes an efficient and secure VM placement strategy. Firstly, we define the related security and efficiency indices in the cloud computing system. Then, we establish a multi-objective constraint optimization model for the VM placement considering the security and performance of the system, and find resolution towards this model based on the discrete firefly algorithm. The experimental results in OpenStack cloud platform indicates that the above strategy can effectively reduce the possibility of malicious tenants and targeted tenants on the same physical node, and reduce energy consumption and resource loss at the data center.     

基于可变性模型的可复用与可定制SaaS软件开发方法

云计算环境下,软件通过互联网向租户提供服务,这种基于互联网的软件交付模式称为SaaS（软件即服务）.与传统软件交付模式相比,SaaS软件通常运行于软件供应商的服务器端,同时为多个租户提供服务.由于需要支持不同租户的个性化需求,SaaS软件应具备足够的灵活性,以应对快速变化的租户需求;而且针对某一个租户的变更,不应影响其他租户.通过扩展课题组前期开发的基于可变性管理的适应性服务组装方法及其支持平台,提出了一种云计算环境下可复用、可定制的SaaS软件开发方法,开发了相应的支持平台,包括支持SaaS模式的服务组装引擎和远程定制工具.该方法针对不同租户的共性需求,提供一个抽象服务组装模型,支持平台在运行阶段解释执行抽象服务组装模型,根据租户的个性化需求派生不同的流程实例,这些运行时流程实例多态共存、互不影响.采用一个特定领域的SaaS软件实例来验证该方法的可行性,评估了支持平台的性能.实验结果表明,该方法及其支持平台可以支持多实例多租户的交付模式.     

抗量子可信计算安全支撑平台技术

随着科技的发展,量子计算机大规模部署逐渐变为可能,基于部分计算困难问题的公钥密码算法将被量子算法有效求解.传统的可信硬件芯片如TCM/TPM等由于广泛使用了RSA、SM3、ECC等公钥密码体制,其安全性将受到严重影响;而绝大部分具有抗量子能力的密码算法并不适配现有TCM/TPM芯片有限的计算能力,因此需要对抗量子可信计...     

基于EFI的可信计算平台研究 *

介绍了可信计算的研究进展情况,描述了基于可扩展固件接口EFI下可信计算平台的原理机制、体系 结构及其平台实现框架,分析了基于信任根的信任链传递过程模型,并探讨了可信平台模块、可信软件栈及文件 完整性验证等关键技术的实现。     

SGX应用支持技术研究进展

安全与可信是云计算中极为重要的需求,如何保护用户在云平台上托管的应用程序代码和数据的安全、防止云服务提供商和其他攻击者窃取用户机密数据,一直是个难题.2013年,Intel公司提出了新的处理器安全技术SGX,能够在计算平台上提供一个用户空间的可信执行环境,保证用户关键代码及数据的机密性和完整性.SGX技术自提出以来,已...