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。     

云服务中虚拟机与虚拟可信平台模块数据迁移的研究

主要研究数据存储的基础设施的安全保护。以开源的基础设施Xen的虚拟化可信平台模块vTPM为基础,研究迁移方法中的四个基本需求,再对虚拟机及其虚拟可信平台模块vTPM的运行环境做分析。采用身份加密机制、安全通道以及虚拟迁移等技术,完成安全的数据迁移。最后通过实验对该迁移机制进行安全性分析,得出了此迁移方法是有效且可靠的。     

一种基于XEN平台的可信虚拟机迁移协议

为保证可信虚拟机迁移的安全性,并减少迁移后在目的端密钥的重新生成,采用一种适于迁移的vTPM密钥层次,并在此基础上提出一种增加了双方身份和平台状态认证的可信虚拟机迁移协议。首先,引入中间层gSRK、SK实现对vSRK、vAIK的间接保护和签名,以此确保vTPM密钥在目的平台的重新使用;其次,在迁移前增加双方身份和平台状态认证,并使用D-H算法协商会话密钥,为双方建立一个可信的通信通道。最后,基于XEN平台利用协商好的会话密钥进行可信虚拟机的迁移。分析表明,该协议能够有效保证可信虚拟机迁移的安全性要求。     

基于无证书环签名的虚拟机可信证明方案

由于虚拟环境的复杂性和动态性,使用传统方法证明其安全状态时会出现运算效率低下的情况;而环签名具有运算效率高、匿名性强的特点,利用无证书公钥系统可解决密钥管理问题。为此,提出一种采用无证书环签名机制的虚拟机可信证明方案。私钥生成中心（PKG）验证平台物理环境的状态可信后,由PKG和虚拟可信平台模块（vTPM）管理器利用无证书算法共同生成vTPM签名密钥,虚拟机对外证明时采用环签名机制,将证明者的信息隐藏在环成员列表中,从而实现虚拟机对外的匿名身份证明和状态证明。在完成证明准备工作后,虚拟机不需要在每次证明和迁移时重复生成虚拟身份证明密钥（vAIK）证书,因此大大提高了证明效率;另外方案具有很强的安全性和匿名性,适用于虚拟机数量巨大的云计算环境。     

基于QEMU的虚拟可信平台模块的设计与实现

针对可信计算机系统信任链传递过程中的安全性缺陷,提出了在虚拟机中进行信任链传递的虚拟机穿越技术,并在QEMU虚拟机中实现了虚拟可信平台模块。虚拟可信平台模块通过采用信息代理的实现方式并利用虚拟机的封闭性和隔离性为可信计算机系统信任链传递提供了一个安全、高效和透明环境。通过KnoppixLinux分析和比较了QEMU虚拟机中实现的虚拟可信平台模块和Xen中基于可信平台模拟器的虚拟可信平台模块。     

基于可信平台模块的虚拟机安全协议

为了保证虚拟机间通信的安全,存取控制是经常采用的手段。但是存取控制的灵活性和扩展性都有一定的限制。为了克服这一局限性,本文提出了一套针对虚拟机系统的安全协议。安全协议以可信平台模块作为可信根,建立起从底层硬件到虚拟机中应用的信任路径,从而有效并安全地实现了密钥及证书的发放、身份认证、虚拟机间保密通信和密钥及证书更新的功能。此外,本文在Xen中成功实现了这套安全协议。     

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。     

网格服务中虚拟计算环境的可信保证机制

本文结合虚拟技术的发展和安全验证领域的相关技术,为保证网格计算中虚拟执行环境的可信性,提高任务的计算质量,研究了适合于虚拟机应用环境的两种可信验证方法以硬件TPM(Trusted Platform Module)为信任基和以虚拟机操作系统内核为信任基的虚拟机软件环境可信验证机制.     

云环境中可信虚拟平台的远程证明方案研究

云环境中如何证明虚拟平台的可信,是值得研究的问题.由于云环境中虚拟平台包括运行于物理平台上的虚拟机管理器和虚拟机,它们是不同的逻辑运行实体,具有层次性和动态性,因此,现有的可信终端远程证明方案,包括隐私CA （privacy certification authority,简称PCA）方案和直接匿名证明（direct anonymous attestation,简称DAA）方案,都并不能直接用于可信虚拟平台.而TCG发布的Virtualized Trusted Platform Architecture Specification 1.0版中,可信虚拟平台的远程证明方案仅仅是个框架,并没有具体实施方案.为此,提出了一种自顶向下的可信虚拟平台远程证明实施方案——TVP-PCA.该方案是在虚拟机中设置一个认证代理,在虚拟机管理器中新增一个认证服务,挑战方首先通过顶层的认证代理证明虚拟机环境可信,然后通过底层的认证服务证明运行于物理平台上的虚拟机管理器可信,顶层和底层证明合起来确保了整个虚拟平台的可信,有效解决了顶层证明和底层证明的同一性问题.实验结果表明,该方案不仅能够证明虚拟机的可信,而且还能证明虚拟机管理器和物理平台的可信,因而证明了云环境中的虚拟平台是真正可信的.     

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.     

可信终端动态运行环境的可信证据收集代理

可信计算的链式度量机制不容易扩展到终端所有应用程序,因而可信终端要始终保证其动态运行环境的可信仍然较为困难.为了提供可信终端动态运行环境客观、真实、全面的可信证据,设计并实现了一个基于可信平台模块(trusted platform model,简称TPM)的终端动态运行环境可信证据收集代理.该代理的主要功能是收集可信终端内存、进程、磁盘文件、网络端口、策略数据等关键对象的状态信息和操作信息.首先,通过扩展TPM信任传递过程及其度量功能保证该代理的静态可信,利用可信虚拟机监视器(trusted virtual machine monitor,简称TVMM)提供的隔离技术保证该代理动态可信;然后,利用TPM的加密和签名功能保证收集的证据的来源和传输可信;最后,在Windows平台中实现了一个可信证据收集代理原型,并以一个开放的局域网为实验环境来分析可信证据收集代理所获取的终端动态运行环境可信证据以及可信证据收集代理在该应用实例中的性能开销.该应用实例验证了该方案的可行性.     

基于可信计算的多租户隐私数据保护

针对多租户应用的隐私数据保护问题, 在分析多租户应用的特点和隐私数据保护需求的基础上, 将可信计算技术引入多租户隐私数据保护, 基于虚拟可信平台模块vTPM提出了一种具有定制性的加密保护方案, 利用vTPM提供的加密密钥对租户的隐私数据进行加密, 同时利用vTPM的密钥保护和管理功能对加密密钥进行保护. 最后, 基于Xen实现的vTPM实现了本方案.     

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。     

基于TPM的运行时软件可信证据收集机制

扩展了已有的软件可信性证据模型,引入了运行时软件可信证据,从而提供了更为全面的软件可信证据模型.为了提供客观、真实、全面的可信证据,提出了一种基于可信计算技术的软件运行时可信证据收集机制.利用可信平台模块(trusted platform module,简称TPM)提供的安全功能,结合“最新加载技术(late launch)”,在操作系统层引入了一个可信证据收集代理.此代理利用TPM,可以客观地收集目标应用程序的运行时可作为软件可信证据的信息,并保障可信证据本身的可信性.该可信证据收集机制具有良好的可扩展性,能够支持面向不同应用的信任评估模型.基于Linux Security Module,在Linux中实现了一个可信证据收集代理的原型.基于该原型,分析了一个分布式计算客户端实例的相关可信属性,并且分析了可信证据收集代理在该应用实例中的性能开销.该应用实例验证了该方案的可行性.     

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.     

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。     

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.