嵌入式系統(tǒng)可信計算環(huán)境構建關鍵技術研究.pdf

1、目前，電子與信息技術的迅猛發(fā)展，使得嵌入式計算技術得以廣泛普及應用，嵌入式設備已成為國防、醫(yī)療、工業(yè)過程控制、金融、乃至于人們生活密不可分的組成部分之一。這些嵌入式設備在為人類社會提供便捷之時，其自身的可信性也引起人們重視，如何針對嵌入式系統(tǒng)的特點，構建一個高可信的嵌入式計算環(huán)境已成為信息安全領域研究熱點之一。
　　現有的計算系統(tǒng)可信環(huán)境構建技術主要側重于桌面及服務器領域，難以適用于嵌入式領域。另一方面，現有的軟件可信性分析技術未

2、考慮系統(tǒng)狀態(tài)對軟件實體可信的影響。本文基于雙內核技術、信息流非傳遞無干擾理論等，針對嵌入式可信環(huán)境構建中的信任根設計、可信性分析、信任鏈傳遞、遠程證明等關鍵問題開展了深入研究。
　　論文工作中的創(chuàng)新性研究成果主要有：
　?。?）提出了一種由引導程序與可信內核構成的嵌入式信任根構建方法。固化在引導FLASH中的引導程序度量、驗證并加載可信內核，可信內核通過禁止用戶內核及上層應用對 FLASH的寫訪問，實現對引導程序的保護，二者

3、相互作用保證了信任根的不可篡改性；可信內核內嵌虛擬可信平臺模塊（vTPM），可實現為用戶內核提供密碼服務相關功能，引導FLASH中開辟特定區(qū)域用于實現vTPM所需要的平臺配置寄存器及相關存儲區(qū)。與可信計算組織的可信計算架構相比，該方法不需要增加額外的硬件，具有可避免了成本、功耗、體積增加的優(yōu)點，普適性更好。論文中搭建了實現該方法的原型系統(tǒng)，實驗結果表明，采用該方法可提供可信平臺模塊（TPM）密碼服務相關功能，并可有效提高系統(tǒng)的安全性。<

4、br>　?。?）基于雙內核架構，提出一種干-支型信任鏈傳遞模型，從信任根到操作系統(tǒng)，采用鏈式信任鏈傳遞模型，從操作系統(tǒng)到應用程序采用星型信任鏈傳遞模型。干-支式模型中，操作系統(tǒng)內核作為系統(tǒng)可信的關鍵組成部分由信任根直接度量，是信任鏈中的主干；應用程序由操作系統(tǒng)可信內核內嵌的vTPM分別度量，是信任鏈中的分支。該模型有效地縮減了信任鏈的長度，既避免了鏈式傳遞所帶來的信任衰減問題，又提高了星型模型中所有的信任全部由嵌入式可信平臺模塊測量所引

5、起的效率低下問題。
　?。?）提出了一種基于信息流動態(tài)非傳遞無干擾模型的軟件動態(tài)可信性分析方法，論述了系統(tǒng)狀態(tài)對軟件可信性的影響，采用訪問控制刻畫軟件實體運行態(tài)互干擾行為，建立了分析模型，為信任鏈傳遞過程中軟件動態(tài)可信性分析提供了一種新方法。在此基礎上給出了系統(tǒng)可信的判斷定理，并予以證明，解決了現有技術無法分析信任鏈傳遞過程中系統(tǒng)狀態(tài)對軟件可信性影響的問題。
　?。?）針對二叉哈希樹動態(tài)構造中根哈希更新效率較低問題，提出了一

6、種新型的數據結構—左滿哈希樹，并給出了新葉結點插入算法及根哈希更新算法，與采用平衡二叉哈希樹相比較而言，將新葉結點插入帶來的根哈希更新計算量降低了大約40％，且能有效地降低哈希樹的構造時間。
　?。?）提出了一種基于關注點的動態(tài)可信遠程證明模型，給出了遠程證明的形式化定義，分析了遠程證明中質詢方與證明方的關系，論述了基于關注點的遠程證明的合理性，通過將信任根與應用動態(tài)可信監(jiān)控模塊相結合，將完整性度量架構（IMA）中對所有加載模塊的