基于Unikernel技术的移动通信网络虚拟可信管理技术研究

虚拟化技术提高了物理资源的利用效率,但是虚拟化技术也面临虚拟机逃逸、跳跃攻击、虚拟机蔓延、隐通道、DMA攻击等安全风险,可信芯片技术可以从源头保证平台可信性,保证虚拟域的安全可信。本方案提出一种基于Unikernel技术的虚拟可信管理服务器构建方案,能够实现虚拟化环境下可信安全管理,不再将虚拟可信管理组件和可信平台模块放在特权域Domain0中,而是将虚拟TPM的管理组件与所需操作系统功能库编译并链接为一个密封的、具有单独地址空间的、专门的虚拟机镜像,直接运行在Hypervisor之上,能够为虚拟域提供可信管理服务。     

嵌入式终端可信计算环境的关键技术

阐述了在嵌入式终端上构建可信计算环境相关的嵌入式可信引导、TPM的扩展和驱动设计、嵌入式可信软件栈和嵌入式可信安全组件等关键问题。嵌入式可信引导可结合BR,USBKey和TPM等技术,保证用户、终端和应用三者问的可信认证。给出的嵌入式终端可信计算环境的方案保证了嵌入式可信平台的可重用性,同时也使平台具有更高的安全性和实用性。     

嵌入式终端可信计算环境的关键技术

阐述了在嵌入式终端上构建可信计算环境相关的嵌入式可信引导、TPM的扩展和驱动设计、嵌入式可信软件栈和嵌入式可信安全组件等关键问题。嵌入式可信引导可结合BR, USBKey和TPM等技术,保证用户、终端和应用三者间的可信认证。给出的嵌入式终端可信计算环境的方案保证了嵌入式可信平台的可重用性,同时也使平台具有更高的安全性和实用性。     

Xen虚拟化环境下国密算法可信启动策略的构建

为了最大限度地确保Xen虚拟化系统的可信性和安全性,保护虚拟化系统的软件安全和用户隐私数据的安全,对Xen虚拟机及其安全性进行研究分析,结合可信计算技术着重于确保虚拟机启动阶段的可信性和安全性,实现Xen虚拟化环境整体的可信启动过程,并思考利用国密算法可行性和方法,降低对国外密码算法的依赖,避免国外算法存在的安全隐患.能够抵御文中所述的威胁模型并克服部分TPM的局限性,方法有效且可行,且可信启动效率较高.     

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.     

一种针对TPM的抗重放攻击方案

可信平台模块（Trusted Platform Module,TPM）是可信计算技术的核心。可信计算平台需要TPM的可信测量能力、可信存储能力和可信报告能力,向用户证实平台是可信的。然而当前人们主要关心TPM的实现以及其上的应用开发,却很少讨论TPM本身的安全性。这样一方面很难使人们相信TPM本身是安全的,另一方面也不能很好的将TPM应用到安全领域中。对用户和TPM交互时所遵循的重要协议——对象无关授权协议OIAP进行分析,证明了该协议会受到重放攻击并提出了相应的解决方案。     

XHydra:面向虚拟机Xen的安全增强架构

针对开源虚拟化平台Xen的管理虚拟机Dom0服务臃肿和可信计算基庞大等问题,提出了一种基于Xen的安全虚拟机架构XHydra。该架构采用微内核的设计思想和最小特权安全理论,将Dom0分离成多个功能独立、相互隔离且具有最小特权的迷你服务域,并设计了一个服务监视器进行管理。服务监视器通过构建用户虚拟机与迷你服务域之间设备通信的专用通道,实现用户虚拟机和迷你服务域之间的双向隔离。最后基于Xen4.4开发了XHydra的原型系统,提高了平台的安全性,验证了架构的可行性。同时,针对虚拟化平台的存储性能和网络性能进行基准测试,实验结果表明所提方案性能相对于原始Xen仅降低了3%。     

可信虚拟平台中的双AIK签名机制

在Xen虚拟平台中,用于完整性认证的虚拟可信平台模块(TPM)存在身份证明密钥(AIK)泄露隐患。为此,提出一种适用于可信虚拟平台的双AIK签名机制,以及与之配合的远程完整性认证协议,使用不同AIK对物理平台完整性信息及虚拟机内部完整性信息进行分开签名。安全性分析表明,该机制能解决Xen平台的身份密钥泄露问题。     

嵌入式系统可信虚拟化技术的研究与应用

嵌入式系统在生活中的应用日益广泛,传统的安全增强手段已无法有效应对各种安全问题,增强嵌入式系统的安全性成为目前亟需解决的问题。为提高嵌入式系统及其应用程序的安全性,结合嵌入式系统的虚拟化技术与可信计算技术,设计并实现基于虚拟TCM的可信计算平台框架,实现了虚拟TCM和基于虚拟TCM的可信增强技术,提出并实现了一个基于虚拟TCM的会话认证方法,将信任链从硬件操作系统层扩展到了虚拟域的应用软件层。实验结果表明,虚拟TCM与物理TCM相结合能够有效保证嵌入式系统、虚拟域和应用程序的安全可信。     

具有瀑布特征的可信虚拟平台信任链模型

将虚拟化技术与可信计算相结合构建的可信虚拟平台及其信任链模型是目前的一个研究热点。目前大部分的研究成果采用在虚拟平台上扩展传统信任链的构建方法,不仅模型过粗且逻辑不完全合理,而且还存在底层虚拟化平台和顶层用户虚拟机两条分离的信任链问题。为此,提出一种具有瀑布特征的信任链模型——TVP-QT,该模型以硬件可信平台模块（TPM）为起点,在底层虚拟化平台和顶层用户虚拟机信任链之间加入可信衔接点。当信任链从底层虚拟化平台传递到可信衔接点时,由可信衔接点负责对用户虚拟机的可信虚拟平台模块（vTPM）进行度量,之后将控制权交给vTPM,由vTPM负责对用户虚拟机启动的组件及应用进行度量。该模型中可信衔接点具有承上启下的瀑布特征,能满足虚拟化环境的层次性和动态性特征,保证了整个可信虚拟平台的可信性。不仅从理论上证明了该模型的正确性,而且对实例系统的分析和讨论也表明了该模型的通用性与可行性;在Xen中对该模型进行了仿真实验,实验结果表明该信任链传递理论可以保证可信虚拟化环境在整个运行过程是安全可信的。     

基于国产处理器的可信系统研究与实现

根据可信计算组织TCG的可信计算规范,结合信任链的思想,基于国产处理器龙芯2F以及可信平台模块TPM,设计了基于龙芯处理器的可信计算平台,包括可信系统硬件层、可信BootLoader层和可信操作系统层,并设计了整个系统的启动程序,建立信任链,实现基于国产处理器的可信系统构建。     

基于可信计算的嵌入式系统关键技术处理

嵌入式系统在移动终端中广泛应用,可信计算如何解决嵌入式系统的实时性,在嵌入式系统中可信平台模块和可信软件栈相关组件整合问题,可信平台、终端用户以及系统应用三者的认证问题,TPM驱动设计保证在可信平台上扩展性问题。让可信计算平台与嵌入式系统联系更加紧密,在实用性和安全性上面有更好的保障。     

虚拟可信平台技术现状与发展趋势

将虚拟化技术与可信计算技术结合,构建支持可信平台模块TPM/可信加密模块TCM的虚拟化平台--虚拟可信平台,是目前业界实现可信计算最为有效的一种解决方案。本文针对可信计算技术、虚拟化技术以及二者结合的虚拟可信平台技术的现状和发展趋势展开讨论,重点分析了国内外在虚拟可信平台研究、标准规范和应用中亟待解决的一些关键技术问题。     

Linux可信启动的设计与实现

可信计算组织（TCG）提出了可信计算规范,其主要思想就是通过度量和保障组成平台的各组件的完整性来保证平台及应用的安会。启动过程是操作系统的基础,因此实施可信启动对操作系统意义重大。基于Linux启动的现实条件,结合TCG规范中可信度量和可信链的思想,利用TPM提供的可信计算和保护存储功能,设计了Linux可信启动过程TSPL,并实现了原型。设计中充分考虑到启动过程的复杂性和度黾数据的多样性,不仅度量了程序代码,还对影响执行程序行为的配置文件和环境数据进行了度量。     

一种新的用户登录可信认证方案的设计与实现

用户登录身份认证是建立操作系统可信性中一个非常重要的环节。操作系统采用口令、智能卡、USBKEY,甚至还采用了指纹、虹膜等认证方式来确认用户的身份,除了存在密码容易被遗忘、猜测、截获等一系列安全隐患外,还存在身份信息的存储安全和单向认证问题。基于可信计算联盟的规范,分析了操作系统用户登录传统认证方式的缺陷,提出了一种新的用户登录认证方式：基于可信平台模块(TPM)的用户登录可信认证。该认证方式是利用PC机USB接口外接TPM,将用户的身份信息、相关的密钥信息等存储在TPM中,并利用USBKEY技术、动态的口令技术来确保用户身份的真实可信。该认证方式克服了操作系统用户登录传统认证方式的缺陷,支持双向认证,为计算机获得更高的安全保障,进一步建立可信计算环境提供了基础。     

基于无干扰理论的云服务行为可信模型

为解决云服务环境下存在的资源共享及特权安全威胁,将传统的无干扰理论引入云服务环境中,提出一种基于无干扰理论的云服务可信模型（NICTM）。该模型将云服务中域、动作、状态、输出等进行抽象,形式化地定义了云服务环境中域的可信;然后证明了用户域行为可信定理,符合定理的用户域可以被证明是可信的;最后在Xen虚拟化平台上实现了基于模型的原型系统,并通过实验验证了模型的可行性。     

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.     

新型可信计算平台体系结构研究

现行通用个人计算机基于开放架构,存在诸多攻击点,然而传统可信计算平台在解决个人PC安全问题的同时暴露出可信引导过程存在不可恢复的不足.针对这些安全问题,基于可信密码模块(TCM)提出一种新MJ可信计算平台体系结构.该结构具有可信引导失败时的自恢复机制,同时提供低于操作系统层的用户身份验证功能,通过基于TCM芯片的完整性度量、信任链的传递以及可信引导等技术,进而保证可信计算平台能够完成更安全的计算和存储工作,使可信计算平台达到更高的安全性、可信性和可靠性,同时该体系结构具有可信引导失败时的自恢复机制,可解决现有可信计算平台引导失败时无法正常启动的不足.     

新的可信网络框架研究

由于传统可信网络接入技术存在接入网络后缺乏保护、对安全芯片的利用率低和信任链传递不够完善的不足,因此在综合可信网络关键技术的基础上,基于可信平台模块(TPM)提出一种新的可信网络框架.该框架在提高TPM安全芯片利用率的同时,增强了可信网络的安全性,使可信网络用户得到更高级别的安全保护,可信度量以及数据加密传输等技术的应用确保该框架具有更高的安全性、可靠性、可信性和匿名性.     

EFI下基于便携式TPM的可信计算平台研究

为解决可扩展固件接口（EFI）所面临的安全问题,提出了利用可信计算技术,在平台中建立可信根,创建可信链来解决可扩展固件接口存在的安全问题的方法。通过分析集成式可信计算模块（TPM）的缺陷和便携式TPM的优势,采用便携式TPM在可扩展固件接口中建立可信链。对比传统基本输入输出系统（BIOS）,研究了EFI框架结构,并给出了EFI下基于便携式TPM可信计算平台的安全架构,实现了EFI文件的完整性校验,使EFI的安全性得到一定程度的提高。