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v TPM)基于一个物理TPM(physical TPM,简称p TPM),可让每个虚拟机拥有自己专属的TPM,但需要将对p TPM的信任扩展到v TPM上.现有方法主要采用证书链来进行扩展,但在虚拟机及其v TPM被迁移后,需要重新申请v TPM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p TPM对v TPM的信任扩展,也不能提供前向安全保证.提出了一种v TPM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v TPM看作是p TPM的一个代理,v TPM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v TPM和p TPM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,v TPM被迁移后,无需重新获取身份秘钥证书,旧p TPM可及时撤销对v TPM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.

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。

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。

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。

面向云计算模式动态可信平台模块研究

在当前云计算模式下，云服务器并不能向客户证明其充分可信，也不能自我证明其自己的安全性，为了增强云服务器的可信性，该文提出了一种面向云计算模式的动态可信平台模块构造方法，在可信平台模块的基础上，使用虚拟隔离技术构建动态虚拟可信平台模块（Dynamicvirtual Trusted Platf。rmModule：DVTPM），实现信任链在虚拟机中的延伸，虚拟机可以有效地利用TPM提供的相关功能，从而达到提高云服务器可信性，保护客户数据的目的，同时使用通用可组合协议分析方法论述了该模型的安全性，并且在XEN平台下构建了云计算模式下动态虚拟可信平台模块构。

虚拟计算平台可信平台模块构建技术研究

对虚拟计算平台的引导过程进行了分析,提出了可信平台模块虚拟构建和物理扩展构建的基本原理和流程。可信平台模块虚拟构建方式采用单一物理可信平台模块通过虚拟机管理器为虚拟机提供逻辑独立的可信安全服务。可信平台模块物理构建方式采用多个物理可信平台模块为虚拟机提供物理独立的可信安全服务。

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(virtual trusted platform module,vTPM)和虚拟机信任链相关组件添加了对中国国家商用密码算法(国密算法)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。

基于可信平台控制模块的可信虚拟执行环境构建方法

针对云计算环境中单个计算节点可信性问题以及虚拟机迁移过程中多个节点间信任关系保持问题,基于我国可信计算技术的可信平台控制模块(trusted platform control module,TPCM)提出了一种可信虚拟执行环境构建方法.该方法通过将国产可信根TPCM虚拟化为云中的每个虚拟机生成了虚拟可信根,并将云信任链从物理层传递到虚拟层,实现了单个计算节点可信执行环境的构造;针对云虚拟机的动态迁移特性,基于多级认证中心设计了适合虚拟可信根迁移的证书生成及管理机制,并提出了一种虚拟可信根动态可信迁移方案,保障了迁移过程中信任关系在多个节点间的保持.实验结果表明:该方案能构造虚拟可信执行环境,实现虚拟可信根的动态可信迁移.

云计算中动态可信平台模块的实现

针对目前在云计算环境中用户虚拟计算环境不可信的问题,利用可信平台模块虚拟化技术,在云服务器端为用户构造一个虚拟可信平台模块,然后以虚拟可信平台模块为基石,为用户在云服务器端构造了一个虚拟的可信计算环境,从而使现有的云计算用户中虚拟计算环境的可信情况获得了有效保障。通过与现有的可信平台模块虚拟化方案作对比发现,所提方案不仅周全地考虑了在云计算中虚拟机效率损耗的相关问题,而且相较显著提高了它的安全性和执行效率,更加适合被应用于用户虚拟计算环境。

基于可信虚拟平台的数据封装方案

可信计算平台的封装存储功能将数据的加密存储与平台配置结合起来,可提供更为强有力的数据安全服务.然而,平台配置的频繁变动如硬件更替、软件更新及系统补丁等又极大地限制了封装存储功能的使用.针对这个问题,提出了一种基于可信虚拟平台的数据封装存储方案.方案引入了虚拟PCR(vPCR)和安全属性的概念,利用可信平台模块(TPM)将数据与系统安全属性封装起来保护.该方案除能适应平台配置频繁变更的问题外,还能同时保护多个虚拟机系统中数据的安全,不受虚拟机系统配置变化的影响.该方案执行操作简单,实验结果表明与原有方案相比,TPM的负担较小,性能无显著差别.

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。

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。

虚拟平台环境中一种新的可信证书链扩展方法

利用可信计算技术构建可信虚拟平台环境时,如何合理地将底层物理的可信平台模块(TPM,trusted platform module)的证书信任扩展延伸到虚拟机环境是值得关注的问题。目前,已有的证书信任扩展方案均不完善,有的方案存在违背TCG规范的情况,有的方案增加密钥冗余和Privacy CA性能负担,有的方案甚至不能进行证书信任扩展。因此,提出了一种新的可信证书链扩展方法。首先,在TPM中新增一类证书——VMEK(virtual machine extension key),并构建对VMEK的管理机制,该证书的主要特点是其密钥不可迁移,且可对TPM内和TPM外的数据进行签名和加密。其次,利用证书VMEK对v TPM的v EK签名构建底层TPM和虚拟机v TPM的证书信任关系,实现可信证书链在虚拟机中的延伸。最后,在Xen中实现了VMEK证书及其管理机制和基于VMEK的证书信任扩展。实验结果表明,所提方案可以有效地实现虚拟平台的远程证明功能。

基于TCM的国产化虚拟可信计算平台研究

传统可信计算技术在提高计算平台自身安全免疫能力的同时,对计算平台上可以使用的应用软件添加了诸多限制,影响了平台功能的多样性和用户使用的方便性。为此,将虚拟化技术引入到可信计算平台中,利用虚拟化技术的平台隔离性,实现可信计算平台和普通开放式计算平台在同一物理平台上的隔离,使之既能满足安全的需要,也不影响系统的可用性。以国产TCM可信芯片、国产处理器为硬件基础,国产麒麟操作系统为底层软件,构建国产化虚拟可信平台,适用于构建安全的自主可控计算平台。

可信平台模块在云计算中的应用

该文分析云计算的发展现状,以及用户的重要数据在云环境下的虚拟数据中心存储过程中所产生的一系列安全问题。针对数据存储过程中所产生的安全问题,我们在云计算中引入了可信平台模块、虚拟化技术以及二者结合的虚拟可信平台模块,并介绍了可信平台模块的基本功能,主机平台上可信链的建立,以及SHA-1算法在云计算中的应用。

基于信任扩展的可信虚拟执行环境构建方法研究

为保护虚拟机运行环境及上层服务软件的完整性、安全性,提出了一种基于信任扩展的可信虚拟执行环境的构建方法。首先,建立物理平台配置寄存器(PCR,platform configuration register)与虚拟PCR的映射关系,以此实现虚拟可信平台模块(vTPM)与底层可信计算基的绑定;其次,利用本地vTPM管理器签发证书,完成可信证书链在虚拟机中的延伸。通过物理平台至虚拟平台的信任扩展,虚拟机可以有效地利用TPM提供的相关功能(如远程证明、密封存储等),完成平台环境的证明及私密信息的安全存储,从而构建了可信虚拟执行环境。最后,实现了原型系统并进行了测试,测试结果证明本系统可以有效地实现虚拟平台的密封存储和远程证明等功能。

可信终端动态运行环境的可信证据收集机制

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,提出了可信终端动态运行环境的可信证据收集机制.首先,在可信终端的应用层引入一个可信证据收集代理,并将该代理作为可信平台模块(trusted platformmodule,简称TPM)链式度量机制的重要一环,利用TPM提供的度量功能保证该代理可信;然后通过该代理收集可信终端的内存、CPU、网络端口、磁盘文件、策略配置数据和进程等的运行时状态信息,并利用TPM提供的可信存储功能,保存这些状态信息作为终端运行环境的可信证据,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,为支持面向不同应用的信任评估模型提供基础.在Windows平台中实现了一个可信证据收集代理的原型,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.

云环境下可信服务器平台关键技术研究

云环境中的安全威胁依旧严峻,可信平台控制模块(trusted platfom control module,TPCM)技术为建立安全、主动可控的服务器平台提供了有效途径.为了解决基于TPCM的可信服务器实现中存在的两大完备性问题,构建了基于TPCM与可信软件基(trusted software base,TSB)的服务器平台体系结构.在服务器硬件层面,提出了结合带外管理系统(out-of-band management module,OMM)的上电时序控制及信任链设计方案.同时,对虚拟可信根的基本实现要求与思路进行阐述,并给出了虚拟可信度量根的设计方案.此外,对包括可信迁移在内的其他关键技术进行了探讨.将为云环境下基于TPCM的可信服务器平台提供具有实践意义的设计参考.

虚拟化环境下的可信计算机制应用研究

论文描述了可信计算虚拟化计算环境应用所面临的难题,提出了虚拟化环境下可信计算技术的应用结构框架,并详细介绍了可信计算虚拟化环境应用框架中相关的关键技术。

电机与拖动虚拟实验平台搭建及实验项目建模的实现

介绍了虚拟实验平台搭建过程,给出了回调函数编写详细流程及实验项目模型创建、GUIDE与SIM-ULINK链接具体步骤。为更好地说明本实验平台的功能,演示了直接启动三相异步电机的电特性。结果证明了该平台的有效性和实效性。