一种可信虚拟平台构建方法的研究和改进

为了减小虚拟环境下虚拟可信平台模块(v TPM)实例及系统软件可信计算基(TCB)的大小,同时进一步保护v TPM组件的机密性、完整性和安全性,解决传统虚拟可信计算平台下可信边界难以界定的问题,文章提出了一种新的构建可信虚拟平台的方法和模型。首先,将Xen特权域Domain 0用户空间中弱安全性的域管理工具、v TPM相关组件等放置于可信域Domain T中,以防止来自Domain 0中恶意软件的攻击及内存嗅探,同时作为Xen虚拟层上面的安全服务实施框架,Domain T可以给v TPM的相关组件提供更高级别的安全保护。其次,通过重构Domain 0中拥有特权的管理和控制应用软件,将特权域的用户空间从可信计算基中分离出来,进而减小虚拟可信平台可信计算基的大小。最后,设计并实现了新的基于可信虚拟平台的可信链构建模型。通过与传统可信虚拟平台比较,该系统可以有效实现将虚拟化技术和可信计算技术相融合,并实现在一个物理平台上同时运行多个不同可信级别的操作系统,且保证每个操作系统仍然拥有可信认证等功能。     

嵌入式平台TPM扩展及可信引导设计与实现

为了提高目前嵌入式系统的安全性能,提出了一种针对嵌入式平台的安全设计方案.在研究了可信计算和嵌入式系统的技术基础上,提出通过扩展可信平台模块(TPM)的方法从底层对整个架构进行改进.在ARM嵌入式开发平台上,通过分析TPM芯片的低引脚数(LPC)接口功能,基于通用输入输出接口实现了TPM芯片在嵌入式平台上的扩展,并通过对平台启动代码的研究,设计并完成了该平台上的可信引导,整个过程验证了此设计方案的可行性.     

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。     

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。     

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。     

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.     

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.     

验证方主导的远程证明方案

可信计算组织(TCG)提出了以可信平台模块(TPM)为核心的可信计算安全体系框架.远程证明是可信计算领域重要的研究问题之一.现有的远程证明方案都是由证明方发起,度量和证明缺乏一致性和可扩展性,不能保证平台的隐私性.针对这些缺陷,引入颁发度量和证明属性证书的权威机构,提出了一种由验证方根据安全需求发起证明的远程证明方案.而证明方则按照度量属性证书和证明属性证书进行平台的度量,TPM保证平台的度量真实可信.同时对平台配置进行了抽象,对度量过程进行了形式化分析和性能测试;而且采用签名和加密实现远程证明的真实性和平台的隐私性.该远程证明方案不仅能够用于向远程方证明平台运行环境是可信的,而且还用于平台运行环境的自身检测.     

对移动可信模块安全体制的研究

介绍了基于可信计算的移动可信模块(MTM)的设计思想,引入了移动远程所有者可信模块(MRTM)和移动本地所有者可信模块(MLTM),以满足不同利益相关者的需求.比较了MTM和TPM在安全模型上的区别,给出了实现可信机制的过程.MTM不仅满足了TPM的基本可信特性,还允许多方信任设备和组件一起工作,共享同样的安全架构,体现了移动设备的特性.     

一种柔性可信计算机模型与实现方法

基于可信计算组织提出的可信计算原理和安全技术规范,设计了一种柔性可信计算机模型(FTPC),阐述了该模型的信任机制和实现方法。FTPC通过增强传统BIOS的安全功能,以BIOS核心代码为可信根核,将可信计算模块(TPM)封装成块设备,并通过计算机USB接口实现TPM与BIOS和操作系统的交互。FTPC采用实体的身份认证、完整性度量和密封存储等技术,无需改变现有计算机硬件体系结构即可支持可信计算,FTPC具有易实施和应用灵活的特点。     

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。     

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.     

一种基于可信平台模块的可信网络模型

针对网络中可信模型的建立问题,在现有可信计算理论、可信网络接入技术基础上,提出一种基于可信平台模块安全芯片的可信网络模型。该模型从终端建立可信链并将其传递到网络中,给出模型的架构及信息流分析,对信任度的度量进行形式化计算。性能分析结果显示,该网络模型具有较强的健壮性和较高的可信度。     

虚拟可信平台模块动态信任扩展方法

将可信计算技术应用到虚拟计算系统中,可以在云计算、网络功能虚拟化（network function virtualization,简称NFV）等场景下,提供基于硬件的可信保护功能.软件实现的虚拟可信平台模块（virtual trused platform module,简称vTPM）基于一个物理TPM（physical TPM,简称pTPM）,可让每个虚拟机拥有自己专属的TPM,但需要将对pTPM的信任扩展到vTPM上.现有方法主要采用证书链来进行扩展,但在虚拟机及其vTPM被迁移后,需要重新申请vTPM的身份密钥证书,可能会存在大量的短命证书,成本较高,且不能及时撤销旧pTPM对vTPM的信任扩展,也不能提供前向安全保证.提出了一种vTPM动态信任扩展（dynamic trust extension,简称DTE）方法,以满足虚拟机频繁迁移的需求.DTE将vTPM看作是pTPM的一个代理,vTPM每次进行远程证明时,需从一个认证服务器（authenticaiton server,简称AS）处获得一个有效的时间令牌.DTE在vTPM和pTPM之间建立了紧密的安全绑定关系,同时又能明显区分两种不同安全强度的TPM.在DTE里,vTPM被迁移后,无需重新获取身份秘钥证书,旧pTPM可及时撤销对vTPM的信任扩展,而且DTE可提供前向安全性.从原型系统及其性能测试与分析来看,DTE是可行的.     

一种可信增强的访问控制框架的设计与实现

借鉴可信计算思想,从可信增强的角度出发,提出了一个可信增强的访问控制框架,并给出了该框架的具体实施流程。该框架在普通Flask的基础上引入了身份认证和可信监控机制,解决了传统访问控制中存在的"内部威胁"问题,它是在访问控制中引入可信计算的一个尝试,具有一定的指导意义。     

一种面向网络信息系统的TCP应用架构设计

针对可信计算平台在网络信息系统中的应用需求,提出了一种面向网络信息系统的TCP应用架构TCPAA。将该架构主要分为访问认证子系统和信息交互子系统两部分来进行设计。在访问认证子系统中,为了增强可信计算应用的灵活性,提出一种基于证明代理的可信验证机制PATAM,并对改进的访问认证模式进行了协议设计和流程说明。在信息交互子系统中,设计了内外网之间数据的可信传输流程,并提出了一种改进的金字塔可信评估模型PTAM。最后通过测试实验验证了该架构的良好性能。研究结果表明,该方案对于网络信息系统环境内可信计算平台的应用开发具有良好的通用性。     

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。