云计算中动态完整性传递模型研究

针对云平台中虚拟机动态完整性难以保证的问题,基于完整性度量机制,提出了一种虚拟机间动态完整性传递模型。该模型在虚拟机监视器中设计了一个验证模块,验证输入者及输入数据的完整性,保证了虚拟机之间在传输数据或指令时的动态完整性,且传递的消息完整性也得到验证。基于无干扰理论对模型可信性进行了证明,最后用两组实例验证了该模型的可用性。实验结果表明,该模型对不可信输入和不可信平台都有较好的抵御能力。     

基于非平衡哈希树的平台完整性远程验证机制

为提高计算平台完整性度量的远程验证效率,提出一种基于非平衡哈希树的平台远程验证机制。平台可信实体的散列值以非平衡哈希树叶子节点的结构存储,远程验证时,查找度量实体对应的叶子节点,记录该叶子节点到根节点的验证路径,然后传递根节点和验证路径给验证方,最后根据验证路径重新计算根节点来验证度量值的有效性。实验结果表明,该机制能够有效降低散列值存储的空间和时间开销,完整性度量验证的时间复杂度为O(lb N)。     

基于非平衡哈希树的平台完整性远程验证机制

为提高计算平台完整性度量的远程验证效率,提出一种基于非平衡哈希树的平台远程验证机制。平台可信实体的散列值以非平衡哈希树叶子节点的结构存储,远程验证时,查找度量实体对应的叶子节点,记录该叶子节点到根节点的验证路径,然后传递根节点和验证路径给验证方,最后根据验证路径重新计算根节点来验证度量值的有效性。实验结果表明,该机制能够有效降低散列值存储的空间和时间开销,完整性度量验证的时间复杂度为O(lb N)。     

基于属性的自证实模型及其安全协议

针对可信环境下被验证方需要向验证方发送其软硬件基本配置信息来证明其完整性而产生的攻击问题,给出一种基于虚拟机技术的属性自证实（PSA）模型及其安全协议,并对协议进行安全性分析。首先通过在被验证平台上建立一个可信虚拟机,然后由该虚拟机实现对被验证平台上其他组件的度量,并可靠地报告代表当前平台运行环境的安全属性给验证方。自证实方式可以提高通信的安全性,并且减少维护独立可信第三方时所需的开销;使用基于属性的远程证明方式,能够提高被验证方的安全性;安全协议引入了TPM的不可迁移密钥特性来防止假冒攻击的发生。     

基于虚拟机监控技术的可信虚拟域

针对云计算中带内完整性度量方案存在的依赖操作系统安全机制、部署复杂和资源浪费等问题,提出了基于虚拟机监控技术的带外完整性度量方案,可用于为云计算基础设施即服务（IaaS）的租户提供可信的虚拟域。该方案包括域外监控方案和域内外协同监控方案两部分。前者可对开源Linux虚拟域实现完全透明的完整性度量,同时弥补了其他基于系统调用捕获的域外方案所存在的不足。后者将实时度量与预先度量方法、域内度量与域外度量方法、细粒度的注册表度量方法和基于系统调用的域间信息传输方法相结合,可对不完全开源的Windows虚拟域实现完整性度量。实验证明了方案的度量能力是完备的、性能影响是可接受的。     

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。     

基于内存取证的内核完整性度量方法

内核级攻击对操作系统的完整性和安全性造成严重威胁.当前,内核完整性度量方法在度量对象选取上存在片面性,且大部分方法采用周期性度量,无法避免TOC-TOU攻击.此外,基于硬件的内核完整性度量方法因添加额外的硬件使得系统成本较高;基于Hypervisor的内核完整性度量方法,应用复杂的VMM带来的系统性能损失较大.针对现有方法存在的不足,提出了基于内存取证的内核完整性度量方法KIMBMF.该方法采用内存取证分析技术提取静态和动态度量对象,提出时间随机化算法弱化TOC-TOU攻击,并采用Hash运算和加密运算相结合的算法提高度量过程的安全性.在此基础上,设计实现了基于内存取证的内核完整性度量原型系统,并通过实验评测了KIMBMF的有效性和性能.实验结果表明：KIMBMF能够有效度量内核的完整性,及时发现对内核完整性的攻击和破坏,且度量的性能开销小.     

基于完整性度量的端到端可信匿名认证协议

针对目前端到端认证协议只认证平台身份,缺乏对平台可信性的验证,存在安全性的问题。通过改进的ELGamal签名方案,利用可信计算技术,提出了一种基于完整性度量的端到端可信匿名认证协议ETAAP(End-to-end Trusted Anonymous Authentication Protocol)。协议的首轮交互中实现了可信平台真实性验证,在此基础上通过IMC/IMV交互完成对平台完整性验证和平台安全属性的可信性评估,并采用通用可组合安全模型对协议的安全性进行了分析,证明协议是安全的。最后通过实验表明该协议具有较好的性能,可实现基于完整性的端到端可信匿名认证。     

基于TPM 2.0的内核完整性度量框架

针对当前的完整性度量技术无法支持可信平台模块(TPM)2.0规范的问题,对Linux内核完整性度量架构(IMA)进行改进,设计基于TPM 2.0的内核完整性度量框架,同时基于TPM 2.0芯片实现支持TPM 2.0规范的Linux可信内核。测试结果表明,IM A 2.0可以基于TPM 2.0对系统关键文件进行完整性检测,同时抵御对内核文件的篡改攻击。     

IaaS环境可信证明方法研究

提出一种基于时间戳的基础设施即服务(IaaS)动态可信证明方法。通过对云节点进行实时的动态度量,并将度量结果与度量时间绑定,验证云节点的当前运行状态可信。基于该方法,结合IaaS的服务业务流程,设计云节点注册证明、虚拟机启动证明及虚拟机关闭证明等远程证明方法,证明用户虚拟机运行于状态可信的云节点上,同时保证虚拟机数据的完整性和机密性。     

一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法

Linux下的Rootkit通常使用修改系统内核关键位置数据的手段破坏系统内核完整性。可信计算是保护系统内核完整性的重要方法,可以使用它对Rootkit攻击进行监测。相较传统的被动可信计算体系,主动可信计算体系因其对上层应用透明、安全机制与计算功能充分隔离、可信根完全受硬件保护等特点,可以更有效地进行系统内核完整性保护。但目前的主动可信监测度量方法存在监测结果粒度较粗的问题,不能为防御者进行攻击对抗提供更详细的信息。针对这一问题,本文提出了一种基于安全优先架构的细粒度可信监测度量方法,安全域通过解析计算域内存语义信息,实现符号级别的细粒度可信度量,得到可用来对攻击进行分析的监测结果。实验表明,该方法可以在计算域受到Rootkit攻击时检测到全部被篡改的.text和.rodata段的符号,使用该方法得到的细粒度监测结果可以用来分析Rootkit的攻击手段和攻击目的,同时该方法对计算域的性能几乎没有影响。     

本体化可信完整性度量策略匹配模型

通过对可信网络接入完整性度量的分析,结合本体的思想,建立了一个基于本体的可信网络完整性度量模型。该模型对终端接入可信网络的完整性参数进行本体化建模,确定对象关联规则,通过基于免疫的本体匹配算法实现了完整性度量策略的自适应选择分发。分析结果表明,该算法能够有效地对完整性度量参数进行策略的优化匹配。该模型的提出为可信网络下完整性度量的策略授权分发提供了一个新的研究思路     

动态Huffman树平台配置远程证明方案

为了进一步提高平台配置远程证明方案的效率,在基于Merkle哈希树的远程验证机制RAMT的基础上,改进了可信实体散列值的存储方案,提出了基于动态Huffman树的平台配置远程证明方案RADHT,给出了算法效率的理论证明过程。认真讨论了可信实体的散列值存储方案,详细描述了动态Huffman树平台配置远程证明方案的体系结构、度量及验证过程,给出了一个完整性度量算法示例,并讨论了新机制的隐私保护能力和验证效率。与RAMT方案相比,新机制考虑了可信实体的散列值被查询的概率及其概率的动态更新问题。结果表明,新机制改进了平台配置远程证明方案的效率。     

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.     

外包数据库模型中的完整性检测方案

外包数据库模型中完整性保护的目标是防止数据库服务提供商篡改数据库内容,完整性检测方案的作用是让查询方能够验证查询结果是真实的、未被篡改的.在现有的基于验证数据结构方法的基础上进行改进,提出了一种以带掩码的验证树作为核心数据结构的完整性检测方案,给出了数据结构的形式化定义并证明了其安全性.该方案将数据结构中共同的计算信息抽取到两个掩码向量中,通过避免使用大量幂指数运算,降低了查询验证过程的计算代价,减少了查询验证的时间.其特有的验证数据结构增量更新的优点能够提高数据库更新的执行效率.实验表明,该方案在查询验证时间上略优于现有的同类型方案,在数据更新性能上较同类方案具有明显优势.     

BTDA:基于半可信第三方的动态云数据更新审计方案

云存储由于具有方便和廉价的优点,自诞生以来便得到了广泛应用。但与传统系统相比,云存储中的用户失去了对数据的直接控制,因此用户最关心的是存储在云上的数据是否安全,其中完整性是安全需求之一。公共审计是验证云数据完整性的有效方法。虽然现有方案不仅能够实现云数据的完整性验证,也能够支持动态数据更新审计,但它们也存在缺点,例如在执行多个二级文件块更新任务时,用户需要一直在线进行更新审计,而且在该过程中用户与云服务器的通信量和用户计算量都较大。基于此,提出了一种基于半可信第三方的动态云数据更新审计方案——BTDA。在BTDA中,用户将二级文件块更新审计任务代理给半可信第三方,因此在二级文件块更新审计过程中,用户可以离线,从而减少了用户端的通信量和计算量。另外,BTDA采用了数据盲化和代理重签名技术来防止半可信第三方和云服务器获取用户敏感数据,从而保护了用户隐私。实验表明,与目前的二级文件块更新审计方案相比,BTDA中的用户端无论在计算时间还是通信量方面都有大幅减少。     

基于可信计算技术的OSPF路由协议研究

为了解决目前路由安全方案中只对路由器身份进行认证,而未对路由器平台的完整性进行验证的问题,在基于LSU数字签名的OSPF协议基础上,借鉴可信计算的完整性度量思想,提出了一种新的可信路由协议TC-OSPF(OSPF based on tru-sted computing)。分析了LSU数字签名过程,指出了在LSU签名过程中加入路由平台完整性度量的可行性,在此基础上设计了具有完整性度量功能的LSU报文结构。安全性分析表明,TC-OSPF协议不仅可以对路由器身份进行认证,同时也能对路由平台的完整性进行验证。仿真实验结果表明,TC-OSPF在保证了OSPF协议安全性的同时也兼顾了路由性能。     

基于安全模组的嵌入式系统安全启动设计

围绕嵌入式设备启动过程的安全要求,本文提出了一种安全可信电路的设计,实现可信嵌入式系统.本文对该安全可信电路的设计方法进行分析,首先在嵌入式设备上电后进行交互验证,然后再利用安全模组对启动过程中的数据进行完整性度量,从而实现一种可信嵌入式系统.实验结果表明,安全模组具有安全和低时延等特点.在可信嵌入式系统中可以实现完整性度量,从而实现嵌入式设备的安全启动.     

一种嵌入式Linux系统上的新型完整性度量架构

完整性度量框架是可信计算平台的重要组成部分之一.但过往研究工作所提出的完整性度量框架设计在实际应用于嵌入式设备场景时,往往体现出不同程度的局限性.提出了内核级动态完整性度量架构(dynamic integrity measurement architecture at kernel-level, DIMAK),一种针对嵌入式Linux操作系统的实用化完整性度量架构,为基于Linux的嵌入式设备提供有效且高性能的运行时完整性验证能力.该架构支持对映射至系统内核空间及用户进程的可执行文本、静态数据以及动态链接信息等关键内容实施即时(just-in-time)完整性校验.利用Linux内核的进程、内存和页面管理机制,DIMAK实现了对被度量内容所驻留物理页面的运行时校验,避免了基于文件的静态度量方法可能存在的检查与使用时差(time-of-check to time-of-use, TOCTTOU)漏洞.通过首次引入对位置无关代码的重定位/动态链接信息的完整性基线预测方法,DIMAK在面对包括基于hooking的控制流劫持、恶意代码运行时载入等攻击威胁时具有较之现存同类技术更强的完备性.另外,通过引入对软件热补丁功能的可信验证支持,DIMAK在系统完整性度量问题中将该应用场景与恶意攻击行为正确地加以区分.根据各种被度量实体的不同类型,DIMAK在离线阶段、系统启动时、进程加载时和代码动态加载时等时机分别生成其对应的完整性基线,确保其完整性验证行为的正确性.真机测试显示,所述的DIMAK架构产生的性能开销完全可以满足嵌入式设备场景下的实际应用要求.     

基于加密SD卡的内网移动终端可信接入方案

为了解决因不可信移动终端非法接入内网导致的信息安全问题,设计了一种基于加密SD卡的内网移动终端可信接入方案。通过可信计算技术,以加密SD卡作为可信硬件设备实现了移动终端设备的可信启动、完整性验证与内网可信接入,并对接入后移动终端与内网的数据交互过程提供了一种加密通信安全存储机制。实验结果表明,该方案在不改变移动终端基本架构的前提下,较为高效地对移动终端进行安全性认证,并在一定程度上保护内网环境的安全。