可信云環(huán)境下軟件仿真型vTPM密鑰保護(hù)的研究.pdf

1、除了傳統(tǒng)的信息系統(tǒng)安全以及網(wǎng)絡(luò)安全等問題威脅著云計算系統(tǒng)，云計算自身運(yùn)營和實(shí)現(xiàn)方式同樣帶來了新的安全問題。其中，云租戶怎樣確知云平臺提供的資源和服務(wù)是安全的，怎樣確保云平臺是可信的，這是一個至關(guān)重要的問題。而可信計算是保障計算平臺可信的基礎(chǔ)手段，它通過提供數(shù)據(jù)保護(hù)、身份證明以及完整性測量、存儲與報告等功能以提高計算平臺整體的可信性。但是，由于TPM是一塊資源受限的硬件芯片，在可信虛擬平臺上所有用戶虛擬機(jī)都通過共享方式來實(shí)現(xiàn)可信計算的功能

2、是不現(xiàn)實(shí)的。因此，當(dāng)前不少虛擬平臺在對TPM虛擬化時采用軟件仿真方式。
　　而現(xiàn)有虛擬機(jī)環(huán)境中的許多惡意攻擊均能竊取和破壞此類vTPM運(yùn)行時的密鑰秘密信息，特別在全虛擬化和硬件虛擬化平臺環(huán)境中，整個虛擬機(jī)均處于VMM的用戶空間中，vTPM的密鑰秘密信息更容易遭到攻擊，這將嚴(yán)重影響了虛擬機(jī)和vTPM的安全。為此，本文對軟件仿真型vTPM以及全虛擬化VMM的內(nèi)存管理機(jī)制進(jìn)行研究，提出了一種軟件仿真型vTPM密鑰信息保護(hù)方案，該方案基于

3、影子頁表機(jī)制，主要是在全虛擬化或硬件虛擬化平臺中通過新增vTPM密鑰保護(hù)模塊MMU-vTPM來保護(hù)vTPM的密鑰秘密信息，該模塊通過vTPM密鑰私有內(nèi)存的分配和回收算法對vTPM密鑰私有內(nèi)存進(jìn)行管理，通過對vTPM密鑰私有內(nèi)存頁表的訪問控制來阻止其他進(jìn)程訪問和破壞vTPM密鑰秘密信息私有內(nèi)存。然后基于XEN實(shí)現(xiàn)了vTPM密鑰私有內(nèi)存的管理和訪問控制，并設(shè)計實(shí)驗(yàn)分別從功能和性能兩個方面對vTPM密鑰私有內(nèi)存訪問控制進(jìn)行測試，測試結(jié)果表明，

4、該方案能夠在保證vTPM的vEK和vSRK等關(guān)鍵密鑰秘密信息的安全性，而且不會帶來嚴(yán)重的性能損失。
　　最后，為了防止惡意用戶對MMU-vTPM模塊進(jìn)行篡改，本文采用TPM的靜態(tài)度量機(jī)制和動態(tài)度量機(jī)制對該模塊進(jìn)行完整性度量，提供了模塊備份與恢復(fù)方法對該模塊進(jìn)行保護(hù)。并且基于Xen實(shí)現(xiàn)了對MMU-vTPM模塊的靜態(tài)完整性度量和動態(tài)完整性度量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文MMU-vTPM模塊動態(tài)完整性度量架構(gòu)能夠識別出對MMU-vTPM模塊代碼段