虚拟机环境下并行信任关系研究与实现

如何扩展传统信任链中的信任传递关系, 构建一个可信虚拟化环境, 从而保证虚拟域内软件的可信, 是可信计算应用到云计算中去的一个关键. 该文结合虚拟化技术的特点, 提出了一种适用于虚拟化环境的并行信任结构, 实现了将信任从虚拟化平台的信任根传递到虚拟域内的应用软件, 该信任结构通过在虚拟监控器中加载一个可信软件保护代理模块, 有效的减小了信任中间节点的复杂程度, 提高了系统的可控性和安全性. 本文还在该结构的基础上设计了一种虚拟机域内高可信软件保护模型, 并进行了部分系统实现.     

采用数字签名技术的可信启动方法研究

为保障嵌入式设备系统启动时的可信性,分析了现有可信启动技术对硬件模块严重依赖的现状,结合可信度量和可信链理论,提出了一套基于嵌入式Linux的可信启动方法。该方法以固件IROM作为信任根,利用数字签名和完整性验证技术检查启动实体的完整性和真实性,建立了一条从设备开机到内核启动的信任链。实验结果表明:该方法能有效地验证启动实体的完整性和真实性;与采用硬件模块保护启动实体预期度量值的方法比较,该方法无需增加任何硬件开销便可有效地保护预期度量值;同时保证实体更新时的可信检测。     

一种混合交叉认证的平台兼容性方案

参考基于桥CA的交叉认证模型,提出一种混合交叉认证方案,引入复合证书和第三方可信验证机构TVA,为采用不同证书体制的信任域映射证书策略,为基于不同公钥算法的可信计算平台验证证书链,建立信任关系.仿真实验表明,该方案可实现平台兼容且易于实现.     

关于可信计算平台模块的研究

随着信息技术的飞速发展,可信计算机在安全方面的优越性越来越受到国内外计算机领域工作者的重视。可信计算机的核心部件是可信计算平台模块(TPM),文章介绍了关于TPM的体系结构、使用、平台证实等内容,并对可信计算平台的信任链及其安全引导进行了分析。     

针对虚拟可信平台模块的国密算法扩展技术研究

为了规避使用外国密码算法带来的法律风险,满足中国《商用密码管理条例》的合规性要求,响应网络空间安全的自主可控要求,促进虚拟可信计算技术在国内云计算业务的大规模应用,本文对虚拟可信平台模块（vTPM,virtual Trusted Platform Module）和虚拟机信任链相关组件添加了对国密算法（中国国家商用密码算法）的支持。首先,在vTPM中添加对密码算法工具包GmSSL（GM/T Secure Sockets Layer）中散列密码算法SM3和对称密码算法SM4的调用接口,并利用GmSSL的大数运算模块实现国密算法中的非对称密码算法SM2的调用接口,从而为上层应用提供基于国密算法的可信计算功能。其次,在虚拟机信任链相关组件中添加SM3算法的实现代码,达成建立基于国密算法的虚拟机信任链的目标。最后,验证vTPM中调用接口的正确性和建立的虚拟机信任链的有效性,对比基于SM3算法和SHA-1算法虚拟机信任链的虚拟机开机时间。实验结果表明,添加的调用接口正确且有效,并且和基于SHA-1算法虚拟机信任链的虚拟机相比,基于SM3算法虚拟机信任链的虚拟机开机时间只增加3%,在安全性提升的同时其性能损耗在可接受范围。     

基于可信计算技术构建电力监测控制系统网络安全免疫系统

电力系统是国家重要基础设施,电网调度控制系统是现代大电网安全稳定运行的重要手段,也是国家级网络对抗中的重点攻击目标。中国电网已经全面建成了以网络隔离及边界防护为主的网络安全纵深防护体系,但面对以快速演进的恶意代码为主要技术手段的APT攻击,存在防护技术滞后于攻击手段、安全功能制约于业务功能、防护措施影响控制业务实时性等问题。可信计算是一种运算与保护并行结构的计算模式,通过保持计算环境及计算逻辑的完整性,为计算平台提供了对恶意代码、非法操作的自主免疫能力。基于可信计算技术,建立电力监测控制系统网络安全免疫系统,由控制主站系统电力可信计算平台、可信网络通信及可信现场测控终端构成,覆盖电力控制业务从现场监测、通信、计算分析、控制指令下达与执行全部环节,为电力控制系统提供了一种行之有效的主动防御机制。主站系统电力可信计算平台包括作为信任根的可信密码模块硬件和嵌入到操作系统内核的可信软件基两个核心组件,实现计算机的可信引导,对操作系统及应用程序的完整性度量、强制访问控制和强制执行控。电力可信计算平台在标准的信任链构建方法基础上,在操作系统引导器中植入度量代码,通过CPU实模式驱动下的可信密码硬件对系统引导程序代码完整性进行回溯度量。与当前通用的可信计算技术实现方式相比,电力可信计算平台将度量的起点从操作系统前推到操作系统引导器,从而使得系统安全性大幅度提升。结合电网调度控制系统中的安全标签机制,电力可信计算平台对应用进程实现了融合操作系统层和应用层的双重强制访问控制。结合调度数字证书系统,实现了应用程序预期值安全管理,确保预期值的真实性与权威性。电力可信计算平台使用了计算组件中的原生安全功能,无需对业务程序、逻辑和系统资源进行改动,避免了对在运业务系统进行大规模改造,在工程上切实可行。全面的测试及广泛的工程实践表明,电力可信计算平台消耗系统资源少,运行效率完全满足控制业务实时性要求,对业务功能没有任何干扰。基于可信计算技术构建的网络安全免疫系统,为电力监测控制系统提供了一套高效率、高强度防护机制,对恶意代码、非法操作具有主动防御能力,同时也适用于其他业务逻辑固定、系统更新不频繁、安全等级要求高的工业控制系统。     

基于ProVerif的可信平台模块安全分析

可信平台模块是可信计算技术的关键部件,其安全性直接影响可信评估的结果。使用演算对可信平台模块进行了形式化建模,并利用该模型对模块中的密钥签署命令进行安全性分析。最后,经模型自动化分析工具ProVerif的验证发现了该命令存在的安全漏洞。     

基于可信计算机制的云计算盲数据处理

针对云计算环境下数据处理时敏感数据易受非授权访问和非法篡改的问题,提出一种基于可信计算机制的盲数据处理方法。首先利用可信平台模块在云计算环境中建立可信根,确保敏感数据与云计算系统状态相绑定;然后构建盲数据处理环境,通过可信平台模块加密云间传输的信息,进行系统完整性度量和远程验证;最后采用椭圆曲线加密算法完成从源端到目标端的数据迁移。分析结果表明该方法可以为云计算数据处理提供安全的执行环境。     

可信计算平台AIK证书的生成研究与实现

可信平台模块（Trusted Platform Module,TPM）是可信计算的核心,为建立可信终端提供了可信根。在可信平台模块中管理着5种不同类型的密钥,AIK是这些密钥中较为重要的一种。在对AIK的生成原理进行深入研究与分析的基础上,利用OpenSSL的开源密码算法搭建隐私CA,模拟了PCA颁发AIK证书的过程。     

可信计算中完整性度量模型研究

为了进一步丰富可信计算完整性验证机制,根据TCG规范中可信传递的思想,提出一种系统完整性度量模型,在执行前度量客体的完整性,防止恶意代码破坏系统完整性,实现信任从前一个实体传递到下一个实体,从而把信任链从运行环境延伸到应用空间.完整性度量模型扩展了现有安全模型的安全属性,它与其它安全模型的结合将能给系统提供更加细致和完善的安全策略.     

一种云计算适用的虚拟可信报告根构建机制

可信计算技术能够为云计算基础设施提供可信赖的状态及其验证手段,而可信报告这一可信平台基础功能在云环境的实现与普通主机有较大差异,如何构建虚拟可信报告根还没有通用和成熟的方案,将影响远程证明等可信技术在云环境的应用。为构建云计算适用的可信计算体系结构,解决为虚拟机提供唯一性身份标志和反映虚拟机与物理宿主机统一的完整性状态问题,明确了虚拟机应拥有各自独立的基于秘钥的身份标志以及虚拟机所属平台配置寄存器（PCR）类敏感信息必须是受保护的、可迁移的以适应虚拟机迁移需求。由进一步分析可知虚拟机完整性状态应包含以PCR值表示的虚拟机完整性状态和物理平台完整性状态。由此,在集中管理虚拟化/非虚拟化可信计算平台的模型预设条件下,基于国际可信计算组织（TCG）规范提出的身份证明秘钥（AIK）概念进行扩展,提出一种使用虚拟AIK作为虚拟机身份标志,并为每个虚拟机生成由其实际物理平台启动PCR值和虚拟机启动虚拟PCR值连接而成的PCR值的可信报告模型。设计了对应的虚拟PCR值复制机制、完整性报告机制、虚拟机敏感数据管理机制,并与TCG规范中方法进行了对比。该机制在兼容传统AIK验证机制的基础上,能够为每个虚拟机产生独立身份标识,向验证者证明自身完整性状态的同时简化了对虚拟机的验证流程。     

操作系统可信增强技术研究

可信计算是当前信息安全技术的一个研究热点。通过描述可信性的定义,分析可信计算的发展与现状,全面阐述了操作系统的可信体系结构设计技术、可信链设计技术、远程升级与更新设计技术及故障检测与处理设计技术等可信增强技术,较好地解决了当前计算机系统存在的安全问题。     

一种专用可信网络

为实现一个可信的专用网络,结合可信计算技术,利用组合公钥算法将可信终端的信任链引入专用网络．采用闪存密钥技术弥补了组合公钥算法易受共谋攻击的缺点,建立了,专用可信网络模型,以密码管理和安全管理为中心构建了综合安全防护系统,实现了专用网络的安全性、真实性、可控性和可靠性．     

一种指纹特征识别的可信验证数字签名系统

针对云计算定制和交付两个出入口的安全问题,提出一种以可信云安全计算为支撑,基于传统密码学数字签名技术,设计了以生物指纹特征为可信计算的验证数字签名技术模型.首先利用二值化和细化算法生成1个像素宽度纹线的指纹图像教学模型框架,提取框架中的指纹特征点,进行数字指纹特征点的拓扑结构等价变换,并进行非对称加密,实现了基于指纹特征识别的可信验证数字签名信任根.结果表明该方法具备生物特征“零知识”验证特点,具有抗攻击性强、加解密运算速度快的优势,从而提高可信云-端的用户安全防御能力.     

层次化行为可信性验证

为了缓解度量粒度细化引发的可用性降低,基于并发理论提出层次化的行为可信性验证模型及方法.将面向行为的可信动态度量的可信性验证中对平台行为依时间序的顺次验证方式,转化为基于一种层次化的预期行为描述的可信性验证,相关定理保证了转化的等价性.效率分析结果表明,层次化的验证方式提高了存储效率和验证效率,能解决细粒度可信动态度量的可行性问题.     

可信计算中的可信度量机制

为了解决可信计算中完整性度量架构过于复杂、难以扩展以及没有体现行为可信的问题,在分析完整性度量机制的基础上,对可信的概念进行扩展,引入信任度量机制,依据可信度量的需求和目标,给出需求导向、多目标融合的度量对象树模型以及对应的可信度量模型,通过与完整性度量模型的分析对比,可信度量模型能给出综合性的可信评估结果,具有可灵活扩展的特点,更加符合可信度量的实际需求.