基于虚拟化技术的客户虚拟机内核模块检测方法

虚拟化技术是云计算的关键技术之一.同时,监视虚拟机又是虚拟化平台的一个重要功能.为了更好的获取客户虚拟机的内部信息,在Xen虚拟化环境中设计并实现了一种轻量级的虚拟机内核模块检测方法KMDM. KMDM驻留在宿主机里面,利用虚拟机自省机制来获取被监控虚拟机的内核模块信息.实验结果表明, KMDM能够全面检测客户虚拟机的内核模块信息,检测结果准确、可靠.     

虚拟化环境中服务监控调度系统的设计与实现

针对虚拟化环境中因服务访问量的不同导致个别节点负载过大的现象,设计并实现了虚拟化环境中服务的监控调度系统,该系统主要包括对虚拟机的监控,对部署在虚拟机上的Web Services服务的监控以及对服务的迁移和调度。本文搭建了虚拟化实验环境并设计了整个系统的功能模块,实现了在个别虚拟机过载时,通过上报Web Services服务信息至调度中心,由调度中心决定服务迁移的目的节点,进行服务的迁移调度。     

一种基于虚拟机的安全监测方法

随着虚拟化广泛应用于如云计算等各种领域,渐渐成为各种恶意攻击的目标.虚拟机的运行时安全是重中之重.针对此问题,提出一种适用于虚拟化环境下的监测方法,并且在Xen中实现虚拟机的一个安全监测原型系统.通过这个系统,特权虚拟机可以对同一台物理机器上的大量客户虚拟机进行动态、可定制的监控.特别地,本系统对于潜伏在操作系统内核中的rootkit的检测十分有效.这种安全监测方法能有效提高客户虚拟机以及整个虚拟机系统的安全性.     

多核虚拟机监控系统

随着多核处理器时代的到来,虚拟化技术被广泛使用,而多核虚拟机就是其中一种.目前多核虚拟机监控一般都是采用硬件虚拟化的技术,即通过虚拟化技术虚拟出多个串口来达到监控目的.给出一种基于系统级共享内存的多核虚拟化监控系统方案,并提供了完整的设计与实现方案.     

Linux虚拟机内核安全增强方案研究

虚拟机技术正在越来越多地被使用在个人电脑、数据中心和服务器集群中。其优点之一是引入这种体系结构层次可增强整个系统的安全。文中提出了一种Linux内核虚拟机安全增强方案,旨在提高客户虚拟机的安全性。该方案有以下特点:对客户虚拟机透明;严格的访问控制策略;为每个虚拟机与主机之间提供安全通信;能够在Linux主机和目前支持Linux的客户虚拟机中实现。     

基于软件定义网络的IaaS虚拟机通信访问控制方法

针对云计算基础设施即服务(IaaS)平台所面临的虚拟机网络通信访问控制问题,提出了一种可适于IaaS平台的虚拟机通信访问控制方法.该通信访问控制方法基于软件定义网络(SDN),实现针对虚拟机通信的L2~L4层访问控制.实验结果表明:该通信访问控制方法能够有效实现对租户虚拟机通信的灵活访问控制,保障IaaS平台中租户网络的安全.     

基于虚拟机内省的Intel PT多进程监控技术研究

以Intel Processor Trace(PT)为代表的片上动态跟踪技术有着低开销、低感知的优良特性,在程序行为记录和监控领域得到了越来越广泛的应用.然而,由于片上动态跟踪技术依赖CPU特性实现,对于操作系统内核监控、恶意代码分析等需要在虚拟化平台上运行程序的场景支持还存在一些困难.本文通过对Intel PT片上动态跟踪技术的研究,提出了一套基于虚拟机内省的Intel-PT多进程监控技术,通过将 Intel-PT嵌入到硬件虚拟化平台上,实现了对硬件辅助虚拟化客户机中的多个进程并行进行监控.实验结果表明,该技术可以有效监控硬件虚拟机中并行多个进程.     

一种恶意软件行为分析系统的设计与实现

基于虚拟化技术的恶意软件行为分析是近年来出现的分析恶意软件的方法。该方法利用虚拟化平台良好的隔离性和控制力对恶意软件运行时的行为进行分析,但存在两方面的不足：一方面,现有虚拟机监视器（Virtual Machine Monitor,VMM）的设计初衷是提高虚拟化系统的通用性和高效性,并没有充分考虑虚拟化系统的透明性,导致现有的VMM很容易被恶意软件的环境感知测试所发现。为此,提出一种基于硬件辅助虚拟化技术的恶意软件行为分析系统——THVA。THVA是一个利用了安全虚拟机（SVM）、二级页表（NPT）和虚拟机自省等多种虚拟化技术完成的、专门针对恶意软件行为分析的微型VMM。实验结果表明,THVA在行为监控和反恶意软件检测方面表现良好。     

基于虚拟化的安全监控

近年来,虚拟化技术成为计算机系统结构的发展趋势,并为安全监控提供了一种解决思路.由于虚拟机管理器具有更高的权限和更小的可信计算基,利用虚拟机管理器在单独的虚拟机中部署安全工具能够对目标虚拟机进行检测.这种方法能够保证监控工具的有效性和防攻击性.从技术实现的角度来看,现有的研究工作可以分为内部监控和外部监控.根据不同的监控目的,详细地介绍了基于虚拟化安全监控的相关工作,例如入侵检测、蜜罐、文件完整性监控、恶意代码检测与分析、安全监控架构和安全监控通用性.最后总结了现有研究工作的不足,并指出了未来的研究方向.这对于从事虚拟化研究和安全监控研究都具有重要意义.     

桌面虚拟化安全访问控制架构的设计与实现

为解决桌面虚拟化环境中虚拟桌面共享数据中心服务器并将用户数据集中存储带来的安全隐患,对原有虚拟桌面结构进行改进,并结合虚拟安全域、hypervisor安全增强技术和安全标签技术,实现了全新的桌面虚拟化安全访问控制架构。将用户虚拟桌面中不同安全等级的应用程序运行在不同的虚拟机中,将虚拟桌面中不同安全等级的虚拟机和用户数据划分到不同的虚拟安全域并下发相应的安全策略,实现了虚拟桌面的通信隔离和对存储资源的访问控制。     

服务器虚拟化安全机制研究

服务器虚拟化技术立足于操作系统和CPU提供的权限控制,由工作在底层的虚拟机监控器为客户机提供资源的实时监控、授权访问、追踪审计等安全功能;同时虚拟机监控器自身采用可信计算技术,实现动态的可信认证;配合其他安全策略规划,服务器虚拟化为客户机提供更好的私密性和完整性保护.     

CyberGuarder: A virtualization security assurance architecture for green cloud computing

As the sizes of IT infrastructure continue to grow, cloud computing is a natural extension of virtualisation technologies that enable scalable management of virtual machines over a plethora of physically connected systems. The so-called virtualisation-based cloud computing paradigm offers a practical approach to green IT/clouds, which emphasise the construction and deployment of scalable, energy-efficient network software applications (NetApp) by virtue of improved utilisation of the underlying resources. The latter is typically achieved through increased sharing of hardware and data in a multi-tenant cloud architecture/environment and, as such, accentuates the critical requirement for enhanced security services as an integrated component of the virtual infrastructure management strategy. This paper analyses the key security challenges faced by contemporary green cloud computing environments, and proposes a virtualisation security assurance architecture, CyberGuarder, which is designed to address several key security problems within the ‘green’ cloud computing context. In particular, CyberGuarder provides three different kinds of services; namely, a virtual machine security service, a virtual network security service and a policy based trust management service. Specifically, the proposed virtual machine security service incorporates a number of new techniques which include (1) a VMM-based integrity measurement approach for NetApp trusted loading, (2) a multi-granularity NetApp isolation mechanism to enable OS user isolation, and (3) a dynamic approach to virtual machine and network isolation for multiple NetApp’s based on energy-efficiency and security requirements. Secondly, a virtual network security service has been developed successfully to provide an adaptive virtual security appliance deployment in a NetApp execution environment, whereby traditional security services such as IDS and firewalls can be encapsulated as VM images and deployed over a virtual security network in accordance with the practical configuration of the virtualised infrastructure. Thirdly, a security service providing policy based trust management is proposed to facilitate access control to the resources pool and a trust federation mechanism to support/optimise task privacy and cost requirements across multiple resource pools. Preliminary studies of these services have been carried out on our iVIC platform, with promising results. As part of our ongoing research in large-scale, energy-efficient/green cloud computing, we are currently developing a virtual laboratory for our campus courses using the virtualisation infrastructure of iVIC, which incorporates the important results and experience of CyberGuarder in a practical context.     

基于马尔可夫过程的5G网络功能信任预测机制

第五代移动通信网络(The 5th generation mobile network,5G)已成为全球新一轮科技革命和产业革命的重要驱动力量,服务功能日益完善,面临的安全挑战更加复杂多样。传统防御方法主要通过创建网络边界保护网络内部安全,所应用的网络形态较为单一。基于软件定义网络和虚拟化技术的5G网络愈加开放灵活,网络边界逐渐消失,需要新的安全理念。零信任理论适用于开放性网络的数据安全防护,5G核心网络是由网络功能组成的动态系统,网络功能通信行为可抽象为马尔可夫过程,网络功能信任模型是实现5G零信任安全的重要技术手段。针对此问题,本文提出了基于马尔可夫过程的5G网络功能信任预测机制(Markov Network Function Trust Prediction,MNFTP),此机制包含网络功能信任评估和信任预测。信任评估机制依据行为方式将网络功能分类为合法、伪装、非法,层次分析访问请求安全威胁性并得出信任评分,采用k-means++算法将信任评分归类为五种信任状态。信任预测机制基于马尔可夫过程构建网络功能访问请求信任状态链,结合时间因子和自适应奖惩因子计算马尔可夫状态转移矩阵,通过求解转移矩阵平稳分布得出预测信任状态。最后,网络功能基于预测信任状态抵御不可信的访问请求。实验表明,MNFTP机制相对于现有信任预测机制对伪装网络功能和非法网络功能有更好的抑制效果和信任状态分类能力。     

Building Automated Trust Negotiation architecture in virtual computing environment

Automated Trust Negotiation (ATN) is an important method to establish trust relationship between two strangers by exchanging their access control policies and credentials. Unfortunately, ATN is not widely adopted because of the complexity and multiformity of negotiation policies, especially in virtual computing environment, where the situation becomes worse than in traditional computing environment, due to the fact that a host with multiple virtual machines needs to be deployed with multiple negotiation policies. Moreover, all of these policies for each virtual machine must be upgraded and checked. To ease the burden on the administrator when deploying ATN access control policies and credentials in virtual computing environment, we propose an automated trusted negotiation architecture called virtual automated trust negotiation (VATN) to centralize ATN policies and credentials for multiple virtual machines in a physical node into a privileged virtual machine. VATN puts policy compliance checker and credential verification control in each virtual machine to improve the execution efficiency of trust negotiation. We implement VATN in Xen virtualization platform. Finally, we discuss the correctness of policy consistency checking and make performance analysis of VATN implemented in Xen.     

轻量级虚拟机软件技术——LVMM

为提高PC系统的可管理性和安全性,提出一种轻量级虚拟机软件技术——LVMM。定义活跃用户域,可直接访问除磁盘和网络之外的物理设备,以及虚拟磁盘和虚拟网络设备。保证在保持PC使用模式基本不变的前提下,可在同一平台上同时运行多个用户虚拟系统,且支持独立于用户操作系统的资源访问控制。经测试,LVMM原型系统具有较小的整体虚拟化开销。     

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.     

基于硬件虚拟化的虚拟机文件完整性监控

为保护虚拟机敏感文件的完整性,针对外部监控中基于指令监控方式性能消耗大、兼容性低和灵活性差等缺点,提出一种基于硬件虚拟化的文件完整性监控（OFM）系统。该系统以基于内核的虚拟机（KVM）作为虚拟机监视器,可动态实时地配置敏感文件访问监控策略;OFM可修改虚拟机系统调用表项以透明拦截文件操作相关系统调用,以监控策略为依据判定虚拟机进程操作文件的合法性,并对非法进程进行处理。在虚拟机中采用性能测试软件Unixbench进行仿真,其中OFM在文件监控方面优于基于指令的监控方式,且不影响虚拟机其他类型系统调用。实验结果表明,OFM可以有效地监控虚拟机文件的完整性,具有更好的兼容性、灵活性和更低的性能损耗。     

Secure resource sharing on cross-organization collaboration using a novel trust method

A virtual enterprise (VE) consists of a network of independent, geographically dispersed administrative business domains that collaborate with each other by sharing business processes and resources across enterprises to provide a value-added service to customers. Therefore, the success of a VE relies on full information transparency and appropriate resource sharing, making security and trust among subjects significant issues. Trust evaluation to ensure information security is most complicated in a VE involving cross-organization collaboration. This study presents a virtual enterprise access control (VEAC) model to enable resource sharing for collaborative operations in the VE. A scenario for authentication and authorization in the life cycle of a VE is then described to identify the main activities for controlling access. Also developed herein is a trust evaluation method based on the VEAC model to improve its security while safeguarding sensitive resources to support collaborative activities. The trust evaluation method involves two trust evaluation sub-models, one to evaluate the level of trust between two virtual enterprise roles, and another to measure the level of trust between two projects. The two sub-models support each other to make resource-sharing decisions, and are developed based on the concepts of direct, indirect, and negative trust factors. Finally, an example of measuring the trust between two subjects is demonstrated after introducing the two sub-models. The VEAC-based trust evaluation method enables the following: (1) secure resource sharing across projects and enterprises, (2) collaborative operation among participating workers, (3) increased information transparency and (4) lowered information delay in VEs.     

基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究

云计算作为一种新型高价值计算系统,目前被广泛应用于各行业领域;等保2.0中也提出了对其应用主动免疫可信计算技术进行动态可信验证的要求.云计算模式下,虚拟机作为用户使用云服务的直接载体,其可信启动是虚拟机运行环境可信的基础.但由于虚拟机以进程的形式运行在物理节点上,其启动过程呈现出高动态性,且多虚拟机域间存在非预期干扰等特点;而现有的虚拟机可信启动方案存在虚拟机启动过程的动态防护性不足、缺乏多虚拟域间非预期干扰性排除等问题.针对上述问题,提出一种基于无干扰理论的虚拟机可信启动研究方案.首先,基于无干扰理论,提出了虚拟机进程的运行时可信定理;进一步地,给出了虚拟机可信启动的定义并证明了虚拟机可信启动判定定理.其次,依据虚拟机可信启动判定定理,基于系统调用设计监测控制逻辑,对虚拟机启动过程进行主动动态度量与主动控制.实验结果表明所提方案能够有效排除复杂云环境下多虚拟机间非预期干扰,保证虚拟机启动过程的动态可信性,且性能开销较小.     

节能及信任驱动的虚拟机资源调度

针对节能机制和信任驱动的资源调度机制相分离的特点,提出了一种应用到云计算数据中心中的节能及信任驱动的虚拟机资源调度TD energy-aware-Opt算法。该算法利用任务和虚拟机资源之间的信任机制进行任务和虚拟机资源之间的匹配,并通过最小化迁移算法对虚拟机进行实时迁移,以达到保证用户任务性能和数据中心节能的目的。对该算法进行大规模和多角度的仿真实验,结果表明:该算法与传统的基于信任驱动的最小完成时间TD min-min算法、基于信任驱动的最大完成时间TD max-min算法相比,能节省大量电能并且具有较优的平均信任效益、总信任效益和较低的服务等级协议违反率。