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.     

可信计算中远程证明方法的研究

可信计算是信息安全领域的研究热点,而远程证明方法又是可信计算研究中的难点和关键.远程证明就是发出证明请求的一方确认远程平台的身份和平台状态配置信息的过程.本文研究了远程证明的意义和方法,将抽象的远程证明模型分为四类,并分析了现在模型存在的问题和可以改进的方法,其实现思路对于提高可信计算中远程证明的效率提供了很好的参考价值.     

基于组件属性的远程证明

提出了一个组件级的细粒度属性证明方案,用于向远程依赖方证明用户平台满足某种安全属性.与现有的远程证明方案相比,组件属性远程证明具有一定的语义和属性表述性等优势.该方案不但证明粒度细和扩展性强,而且属性证书的颁发、验证和撤销实现简单;本方案以组件承诺的方法保证属性证明的真实性,采用零知识证明实现平台组件的隐私性.基于强RSA假设,在Random Oracle模型下可被证明是安全的.实现的原型系统实验结果表明,组件属性证明是一种灵活、实用、高效的证明,对系统性能没有影响.     

一种基于双线性映射的直接匿名证明方案

基于DDH(decision Diffie-Hellman)假设和q-SDH假设,给出了一种基于双线性映射的直接匿名证明(direct anonymous attestation,简称DAA)方案.与其他方案相比,该方案极大地缩短了签名长度,降低了签名过程中可信平台模块(trusted platform module,简称TPM)的计算量.同时,为基于椭圆曲线的TPM提供了可行的隐私性保护解决方案.利用理想系统/现实系统模型对该方案的安全性进行分析和证明,分析表明,该方案满足不可伪造性、可变匿名性和不可关联性.     

基于VMI的虚拟机远程证明方案

可信计算组织（TCG,trusted computing group）提出的虚拟机远程证明方案可以为云计算平台提供虚拟机完整性验证服务,而直接使用 TCG 提出的方案性能较低,并且会受到布谷鸟攻击的威胁。利用虚拟机自省技术（VMI,virtual machine introspection）设计了新的虚拟机远程证明方案。通过在虚拟机监视器（VMM,virtual machine monitor）中获取虚拟机远程验证证据的方法消除在虚拟机内执行布谷鸟攻击的路径,利用物理可信平台模块（TPM,trusted platform module）保证虚拟机远程验证证据的完整性,减少了身份证明密钥（AIK,attestation identity key）证书的产生数量,降低了私有证书颁发机构的负载。实验表明,方案可以有效验证虚拟机的完整性状态,在虚拟机数量较多的情况下,性能优于TCG提出的虚拟机远程证明方案。     

一种多信任域内的直接匿名证明方案

针对可信计算平台的原始直接匿名证明方案在多信任域的环境下存在的不足,提出了一种多信任域内的直接匿名证明方案.该方案扩展了原始的直接匿名证明方案,解决了可信计算平台在多信任域内的隐私性保护问题.利用理想系统/现实系统模型对该方案进行了安全性的分析和证明.分析表明,该方案满足匿名性和不可伪造性.最后分析方案的计算性能,实验验证了方案的有效性和可行性.     

基于模块属性的远程证明协议

为了解决当远程证明方案中安全性差、效率较低的问题,提出了一种模块级的远程证明协议.在构建模块属性签名时采用签密,减少了属性证书的生成时间;在验证属性证书时采用了分级验证的方法,提高了效率.通过协议的模型实例验证了协议的可行性.实验结果表明,该方案可以快速生成可信平台中各模块的属性签名,分级验证有效减少了远程证明方案的运行时间,提高了远程证明的效率.     

IPSec协议的远程证明扩展

传统IPScc协议在建立安全通信连接时,没有考虑终端自身安全问题,而可信计算的远程证明机制就是为被接入方提供接入方的自身安全证明,将其引入IPSec协议可以弥补建立IPSe。连接时的终端安全漏洞。首先分析了IPScc协议的IKE协商过程和可信计算技术的远程证明机制,然后以基于数字签名的IKE主模式流程为例,提出在IKE协商阶段引入远程证明机制的IPScc远程证明扩展协议流程及安全分析。该协议引入带有SKAE扩展项的身份证书,实现对终端身份和系统完整性的双重认证,确保端到端的安全连接。协议在保证通信信息的机密性、完整性、新鲜性之外,也充分保护终端平台隐私性。     

属性远程证明中完整性测量的可信性证明

基于可信计算中的二进制系统完整性测量模型,增加证书权威和可信属性权威,提出一种属性远程证明系统完整性测量模型,并利用谓词逻辑证明其可信性。引入属性远程证明的新特点,应用可信属性权威实现二进制指纹到属性证书的转换。该模型在保证原有模型可信性的基础上,具有更强的适用性和可行性。     

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.     

基于策略的语义远程认证

远程认证在可信计算中起着重要作用,它能提供可信环境存在的可靠证据。目前的方法是测量目标平台的二进制码、配置文件、属性或者安全策略等可信值。所有这些认证方法是静态的,缺乏动态行为认证并且没有对于实际的行为进行说明和规范。为了改进和完善这些认证方式,提出了一种语义远程认证策略,并对其进行了定义、规范和证明。该策略是把使用控制模型和行为结合起来,能够动态测量远程平台的行为。     

基于区块链的远程证明模型

远程证明是构建可信网络的核心。但是,当前的远程证明模型仅面向有中心的网络,存在网关中心化、决策单点化的问题,并不适用于去中心的场景。针对去中心分布式网络环境中计算节点无法进行远程证明的问题,借鉴区块链的思想,提出了一种基于区块链的远程证明模型(Remote Attestation Based on blockchain,RABBC),并重点描述了模型框架、区块链核心结构和协议过程。分析表明,RABBC具有去中心化、可追溯、匿名、不可篡改的安全特性,并具备较高的效率。     

移动智能终端平台基于行为的远程证明方案

移动智能终端平台集通信、社交、网上购物、娱乐等众多功能于一身,恶意程序对相关服务的破坏可能威胁到用户财产和个人隐私的安全. 远程证明是可信计算的核心功能之一,它使得移动智能终端能向远程服务提供方证明平台运行状态的安全性. 传统的远程证明方案主要应用于计算机平台,无法很好的适应软件频繁更新、多方服务共同运行的移动智能终端环境. 针对移动智能终端环境的特点,本文设计了一种基于行为的远程证明方案,通过软件开发人员定义软件行为列表,终端系统强制实施行为限制,服务提供方自定义策略对终端环境进行验证的方式,满足了服务提供方保障其服务安全运行的需求. 方案原型的实现和评估表明本文方案兼具较强的安全能力和较高的性能.     

可信计算中的动态远程证明研究综述

远程证明是可信计算的研究热点.本文分析和比较了国内外在远程证明研究领域提出的三类代表性方法——基于信息流的方法、基于属性的方法和基于行为的方法.对三类远程证明方法中的代表性技术从技术原理、局限性等方面进行了研究和分析,并对后续研究面临的问题进行了展望.     

一种基于可信平台模块的远程证实的设计和实现

在分布式计算中,一个重要的问题是如何验证远程计算机系统的状态.以可信计算联盟(Trusted Computing Group)的可信平台模块为基础,提出一种安全验证远程计算机系统状态的方法,并在Windows系统上实现.通过该远程证实系统,远程的挑战者能够获得证实系统(被验证的系统)运行时的状态.     

一种基于局部性原理的远程验证机制

为了提高嵌入式平台配置远程证明方案的效率,在基于Merkle哈希树存储结构的基础上,结合程序的局部性原理,考虑平台下程序验证的时间特性,对存储程序模块完整性度量值的数据结构进行了改进,提出了一种基于局部性原理的远程验证机制。实验分析表明,新的机制可以减少构造存储度量日志的时间消耗,缩短应用程序实时认证路径的长度,提高平台配置远程证明的验证效率。     

一种高效的平台配置远程证明机制

对平台配置远程证明机制的验证效率进行研究,指出现有平台配置证明机制没有考虑应用软件完整性度量值的查询频率,致使所有待查询应用软件完整性度量值的查询路径长度相同,这大大加长了平均查询路径的长度。为此,提出一种平台配置远程证明机制。依据不同应用软件完整性度量值的查询概率分布,构建一棵应用软件完整性度量值的哈夫曼树,使得查询频繁的应用软件完整性度量值节点获得较短的查询路径。结果表明,该机制可缩短应用软件完整性度量值的平均查询路径长度,提高验证效率。