信息系统安全导论第五章之可信计算

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了信息系统安全导论第五章之可信计算。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方,请大家不吝赐教,您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

一、可信计算概论

1.1  可信计算的定义

可信计算是增强信息系统安全的一种行之有效的技术。它基于一个硬件安全模块, 建立可信的计算环境。可信硬件安全模块担任信任根的角色,通过密码技术、硬件访问控制技术和存储加密等技术保证系统和数据的信任状态。

1.2  可信计算的基本思想

1)可信计算的目标:

  • 提高计算机系统的可信性
  • 现阶段:确保系统数据完整性,数据安全存储,平台可信性远程证明

2)可信计算用途:

  • 数字资产保护
  • 身份认证
  • 系统完整性保护

3)基本思想:

首先建立一个信任根,再建立一条信任链。从信任根开始到可信硬件平台、到可信操作系统、再到可信应用系统,一级度量一级,一级信任一级。从而把这种信任扩展到整个计算机系统。

可信计算,学习记录,网络安全

1.3  可信计算的关键技术

1)信任根技术

信任根是系统可信的基础和出发点信任根的可信性由物理安全、技术安全和管理安全共同确保。

可信计算组织TCG认为一个可信计算平台必须包含3个信任根(分别对应可信计算的三大基本功能)

  • 可信测量根RTM(root of trust for measurement)
  • 可信存储根RTS(root of trust for storage)
  • 可信报告根RTR(root of trust for reporting )

2)可信平台模块(Trusted Platform Module,TPM)

该技术旨在为计算机设备提供基于硬件的安全相关的功能。

TCG设计TPM的目的是给漂浮在软件海洋中的船只──客户终端,提供一只锚。”

3)信任链技术

信任链:从信任根开始到硬件平台、到操作系统、再到应用,一级度量一级,一级信任一级。

  • 用Hash函数来度量平台的启动序列和软件的完整性。
  • 在TPM内部设置一些平台配置寄存器(Platform Configuration Register,PCR),用于存储度量的值。
  • 计算方法:New PCRiHASH (Old PCRi  ||  New Value)其中符号||表示连接。

4)可信软件栈(TSS)

可信软件栈TSS(TCG Software Stack)TPM平台上的支撑软件,其作用是为其他软件使用TPM的可信计算服务提供接口

5)密码技术

  • 公钥密码和对称密码
  • 数字签名和验证
  • 加密和解密

对称密码是指加密和解密时使用同一密钥的方式 :

公钥密码则是指加密和解密时使用不同密钥的方式,又称为非对称密码。任何人都可以生成自己的公钥和私钥,把公钥公开,私钥自己保管。攻击者不能从公钥推导出私钥。当别人想把数据发送给我的时候,先用我的公钥对数据进行加密,然后发给我,我再用我的私钥解密。

二、可信平台模块和信任根

2.1  可信平台模块TPM

可信计算,学习记录,网络安全
TPM结构

1)I/O:TPM的输入和输出部件

2)密码协处理器:

  • 公钥密码引擎:

        ■ TCG主要使用公钥密码,有意淡化对称密码。

        ■ TCG建议使用RSA密码,支持1024,2048位的RSA密钥,其中根密钥应为2048位。

        ■ 数据格式采用PKCS#1标准,并可以采用CRT格式表示证书。

  • 对称密码引擎:

        ■ TCG有意淡化对称密码,TPM中没有明确设置对称密码引擎。

        ■ 对应认证数据和传输数据的加密可采用“一次一密” 方式的异或方式加密。

        ■ 传输数据的长度较长,必须采用PKCS#1中的MGF1函数对密钥进行扩展,然后再异或方式加密。

3)密钥产生:

  • 产生RSA的密钥对。
  • 对称密钥的产生使用TPM的RNG(Random Number Generator,随机数生成器)。

4)HMAC引擎(Hash-based Message Authentication Code,哈希消息认证码):

  • HMAC是基于HASH函数的消息认证码。
  • TPM支持HMAC的计算,其计算根据RFC2104规范 。

5)SHA-1引擎(Secure Hash Algorithm,安全哈希算法):

  • 用途:

■ 数据完整性校验

■ 数字签名的数字摘要

■ 计算HMAC

  • SHA-1的设计安全性为O(2^80)

6)随机数产生

  • RNG(Random Number Generator,随机数产生器)是TPM的随机源,要求符合FIPS140-1标准。
  • TCG既允许使用真随机的TRNG,也允许使用伪随机的 PRNG。

7)电源检测

  • 管理:

        ■ TPM电源状态和平台电源状态。

        ■ TCG要求所有的电源状态变化应通知TPM。

  • 原因:

        ■ 支持初始化、信任链等操作。

        ■ 与平台电源状态匹配。

        ■ 避免侧信道攻击。

8)Opt-Ln:一组选择配置开关。例如,通过on/off的选择,可激活/不激活某一部件和功能。

9)执行引擎:

  • 运行程序
  • 执行TPM收到的命令

10)非易失存储器

  • 用于存储固定标识和TPM状态
  • 已经设置了一些存储内容,如背书密钥EK( Endorsement Key)等
  • 其余空间,经TPM的属主授权的实体可以使用。

11)易失存储器

  • 工作存储器
  • 速度快,容量小

2.2  TPM的密钥体系

1)密码配置:主要采用公钥密码(RSA密码)

2)密钥配置:

①  背书密钥EK(Endorsement Key):背书密钥是一个模长为2048-bit的RSA公私钥对。EK不用作数据加密和签名;对于一个TPM而言,EK是唯一的,代表着每一个可信平台的真实身份。

  • TPM的根密钥,固化在TPM芯片里,与TPM唯一对应
  • 2048位RSA密钥对
  • 不可迁移密钥

②  平台身份证明密钥AIK(Attestation Identity Key):替EK来提供平台的证明,可以理解为EK的别名。

  • EK的替身密钥
  • 2048位RSA密钥对
  • 不可迁移密钥
  • 不能用于加密

③  存储密钥SK(Storage Key):用于对其他密钥进行存储保护。

  • 存储根密钥SRK(Storage Root Key)

        ■ 2048位RSA密钥对

        ■ 保护一般存储密钥

        ■ 不可迁移

  • 一般存储密钥SK(Storage Key)

        ■ 1024位RSA密钥对

        ■ 保护其他密钥

  • 构成一个密钥树

④  签名密钥SIGK(Signing Key):用于对数据签名

  • 1024位RSA密钥对
  • 不可用于加密

⑤  绑定密钥BK(Bind Key):用于加密保护TPM外部的任意数据

  • 加密保护数据和对称密钥
  • 1024位RSA密钥对

⑥  继承密钥LK(Legacy Key):既可以用于签名也可以用于加密

  • 在TPM外产生,使用时调入TPM
  • 1024位RSA密钥对

⑦  认证密钥AK(Authentication Key):

  • 对称密钥
  • 用于保护TPM的会话

3)密钥的控制属性

①  迁移性:是否允许密钥从一个可信计算平台转移到另一个可信计算平台,EK、AIK、SRK是不可迁移的。

②  授权数据:

  • TCG规定密钥的使用必须经过授权
  • 授权数据=Hash(共享的秘密数据 || 随机数)
  • TPM的存储空间很小,只存储EK和SRK的授权数据

4)密钥证书配置

①  背书密钥证书EC(Endersement Credential)

  • TPM生产商的名称
  • TPM的型号
  • TPM的版本
  • EK的公钥

②  身份证书IC/AIK证书AC(Identity Credential/ AIK Credential)

  • TPM生产商的名称
  • TPM的型号
  • TPM的版本
  • AIK的公钥

2.3  可信PC平台的信任根

1)TCG的技术规范:

①  可信度量根(RTM):可信度量根核CRTM ( core root of trust for measurement)

②  可信存储根(RTS):

  • TPM芯片中的PCR寄存器
  • 存储根密钥SRK

③  可信报告根(RTR):

  • TPM芯片中的PCR寄存器
  • 平台身份证明密钥AIK(背书密钥 EK)

可信计算,学习记录,网络安全

 2)可信度量根(CRTM)

  • CRTM是一个软件模块
  • CRTM是信任链的起点
  • 根据BIOS的结构不同,CRTM有两种类型:

        ① 以BIOS的引导模块作为CRTM

        ② 以整个BIOS作为CRTM  

3)可信存储根(RTS)

可信存储根由TPM中的平台配置寄存器PCR和存储根密钥SRK组成。

  • PCR是在TPM中开辟的一组寄存器,存储平台的可信度量值。
  • SRK在TPM中用于保护普通存储密钥SK,2048位RSA密钥对。

4)可信报告根(RTR)

可信报告根由TPM中的平台配置寄存器PCR和平台身份证明密钥AIK组成。

  • PCR的内容向外报告时用AIK签名保护。
  • AIK由背书密钥BK控制产生,因此真正的可信报告根是BK。

三、可信计算的典型应用

3.1  系统可信启动

可信计算,学习记录,网络安全

 1)BIOS完整性保护:可信度量根CRTM无论是BIOS启动块还是整个BIOS,都必须受到完整性保护。可信度量根如果能被随意更改, 那么其就不可能对平台启动的下一个部件进行正确地完整性校验,计算机就不能安全启动。

一种保护方法:将BIOS闪存芯片的写保护引脚与可信密码模块相连。

2)Linux中常用的启动引导工具:

  • Lilo(Linux Loader) :旧版本
  • Grub(Grand Unified Bootloader):新版本,替代Lilo

3)引导程序一般分为两个独立的阶段:

①  Stage1:存放在启动扇区

  • 第一阶段即BIOS从启动扇区中读入IPL(初始化程序引导工具),用来引导Stage1.5
  • Stage1.5用来加载文件系统驱动,以识别Stage2的文件系统

②  Stage2:Grub的核心程序

4)平台完整性度量、存储及信任链传递

①  以可信度量根RTM为起点

②  当需要装载一个部件到平台上运行时:

  • 先对该部件进行完整性度量
  • 将度量值记录在TPM的PCR中
  • 记录度量事件日志
  • 然后再将其加载运行

3.2  BitLocker

1)BitLocker简介:

  • 主要针对的问题:由计算机设备的物理丢失导致的数据失窃或恶意泄露。
  • Windows BitLocker驱动器加密通过加密Windows操作系统卷上存储的所有数据可以更好地保护计算机中的数据。
  • BitLocker使用TPM帮助保护Windows操作系统和用户数据,并帮助确保计算机即使在无人参与、 丢失或被盗的情况下也不会被篡改。
  • BitLocker还可以在没有TPM的情况下使用,可以把密钥放在U盘上。

2)BitLocker的体系结构

可信计算,学习记录,网络安全

3)BitLocker的加密原理

可信计算,学习记录,网络安全

4)BitLocker的解密原理

可信计算,学习记录,网络安全5)封装和解封

①  初次整卷加密时的封装

  • 计算系统分区相关组件的哈希值
  • 把计算结果存到PCR寄存器
  • 用相应寄存器封装卷主密钥(Volume Master Key,VMK)

②  引导时的完整性检查

  • 计算系统分区相关组件的哈希值
  • 把计算结果存到PCR寄存器
  • 解封卷主密钥VMK

四、可信远程证明

远程证明是一个综合完整性校验和身份认证的过程,向验证者提供了一份可信的平台状态报告。

 可信计算,学习记录,网络安全

可信计算,学习记录,网络安全文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-757772.html

到了这里,关于信息系统安全导论第五章之可信计算的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处: 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请点击违法举报进行投诉反馈,一经查实,立即删除!

领支付宝红包 赞助服务器费用

相关文章

  • 中国电子云-隐私计算-云原生安全可信计算,物理-硬件-系统-云产品-云平台,数据安全防护

    目录 联邦学习的架构思想 中国电子云-隐私计算-云原生安全

    2024年02月06日
    浏览(41)
  • 第五章 运输层【计算机网络】

    2023-7-7 16:44:24 以下内容源自《【计算机网络】》 仅供学习交流使用 第四章 网络互联【计算机网络】 5.1.1 进程之间的通信 5.1.2运输层的两个主要协议 5.1.3运输层的端口 5.2.1UDP概述 5.2.2UDP的首部格式 5.3.1TCP最主要的特点 5.3.2TCP的连接 5.4.1停止等待协议 5.4.2连续ARQ协议 5.6.1以字节

    2024年02月12日
    浏览(46)
  • 【计算机网络】第五章·运输层

    目录 1.运输层概述 1.1.进程间基于网络的通信 1.2.TCP/IP体系结构运输层中的两个重要协议 1.3.运输层端口号、复用、分用 2.传输控制协议TCP 2.1.TCP报文段的首部格式 2.2.TCP的运输连接管理 \\\'三报文握手\\\'建立TCP连接和\\\'四报文挥手\\\'释放TCP连接 2.3.TCP流量控制和拥塞控制 2.4.TCP的四种拥

    2024年02月20日
    浏览(47)
  • 云计算习题收录(第一章~第五章)

    转载:云计算习题 转载2:云计算试题 转载3:云计算试题(1~5章) 1 、云计算是对(    B  )技术的发展与运用。 A 并行计算      B  网格计算    C 分布式计算   D 三个选项都是 2、从研究现状上看,下面不属于云计算特点()。 A 超大规模  B 虚拟化  C 私有化  D 高可

    2024年02月02日
    浏览(53)
  • 计算机网络 第五章传输层

    2024年02月06日
    浏览(48)
  • 计算机网络-笔记-第五章-运输层

    一、第一章——计算机网络概述 二、第二章——物理层 三、第三章——数据链路层 四、第四章——网络层 五、第五章——运输层 六、第六章——应用层 目录 五、第五章——运输层 1、运输层概述 2、运输层端口号、复用、分用 (1)熟知端口号、登记端口号、短暂端口号

    2024年02月11日
    浏览(41)
  • 计算机组成原理第五章(2)---中断

    在IO设备和主机交换数据时,由于设备本身的机电特性的影响,其工作速度比较低,与CPU无法匹配,如果采用程序查询的方式需要CPU进行等待,但是如果在等待的过程中CPU可以执行其他的程序,可以提高计算机系统的效率。 中断技术提高计算机的处理速度,比如在程序断电时

    2024年02月02日
    浏览(36)
  • 计算机网络第五章——传输层(上)

    早知如此绊人心,何如当初莫相识 手机和手机之间的通信其实是手机之间的进程和进程之间的通信,所以这一章主要是研究进程之间通信的问题,在计算机网络中有一个重要的问题,在进行数据通信和资源共享的时候如何来保证数据是准确的,或者说如何在一个可能会数据丢

    2024年02月09日
    浏览(47)
  • 云计算技术与应用课后答案第五章

    第五章 云桌面 1、下列描述中,属于云桌面优势的有: (ABC) A、工作桌面集中维护和部署,桌面服务能力和工作效率提高 B、业务数据远程隔离,有效保护数据安全 C、多终端多操作系统的接入,方便用户使用 D、服务器硬件要求高,网络带宽属非稳定性需求 2、桌面云除了用户

    2024年02月01日
    浏览(39)
  • 分布式计算 第五章 大数据多机计算:Hadoop

    5.2.1 从硬件思考大数据 从硬件角度看,一台或是几台机器似乎难以胜任大数据的存储和计算工作。 • 大量机器的集群构成数据中心 • 使用高速互联网络对大量机器进行连接以确保数据传递 • 综合考量数据中心的散热问题、能耗问题,以及各方面成本 • 集群中硬件发生故

    2024年02月05日
    浏览(51)

觉得文章有用就打赏一下文章作者

支付宝扫一扫打赏

博客赞助

微信扫一扫打赏

请作者喝杯咖啡吧~博客赞助

支付宝扫一扫领取红包,优惠每天领

二维码1

领取红包

二维码2

领红包