面向云計(jì)算的虛擬機(jī)系統(tǒng)安全研究.pdf

1、云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)Internet提供各種服務(wù)，這種開(kāi)放式的模式在方便用戶訪問(wèn)的同時(shí)，也帶來(lái)了潛在的安全隱患。云計(jì)算平臺(tái)通常以虛擬機(jī)系統(tǒng)作為底層架構(gòu)，因此虛擬機(jī)系統(tǒng)的安全是云計(jì)算安全的核心。針對(duì)這一背景，本文圍繞云計(jì)算平臺(tái)中虛擬機(jī)系統(tǒng)安全的三個(gè)方面進(jìn)行了研究。
　　在云計(jì)算平臺(tái)，尤其是私有云和社區(qū)云中，虛擬機(jī)之間通常需要進(jìn)行交互和通信。然而這種交互為攻擊和惡意軟件的傳播提供了可能，需要有一種機(jī)制來(lái)保證虛擬機(jī)通信場(chǎng)景下的安全。為此，本文

2、提出了Virt-BLP模型，它是一個(gè)針對(duì)虛擬機(jī)系統(tǒng)定制的關(guān)于多級(jí)安全的強(qiáng)制訪問(wèn)控制模型。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，它定義了一系列的模型元素、安全公理和狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則。云計(jì)算平臺(tái)中，客戶虛擬機(jī)負(fù)責(zé)向用戶提供服務(wù)，而特權(quán)虛擬機(jī)和虛擬機(jī)監(jiān)控器一般由云服務(wù)供應(yīng)商管理，根據(jù)這一特征，當(dāng)特權(quán)虛擬機(jī)作為主體時(shí)，Virt-BLP模型將其定義為可信主體。模型中的一些狀態(tài)轉(zhuǎn)換規(guī)則只能由可信主體來(lái)執(zhí)行，這樣實(shí)現(xiàn)了特權(quán)虛擬機(jī)對(duì)客戶虛擬機(jī)之間訪問(wèn)和通信進(jìn)行管理和控制的目的

3、。于是在提供強(qiáng)制訪問(wèn)控制的同時(shí)，Virt-BLP模型也實(shí)現(xiàn)了部分的自主訪問(wèn)控制，很好地適應(yīng)了虛擬機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)?；赩irt-BLP模型，在Xen虛擬機(jī)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了關(guān)于多級(jí)安全的強(qiáng)制訪問(wèn)控制框架VMAC，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明它成功地在Xen系統(tǒng)中映射了Virt-BLP模型的功能。Virt-BLP模型是一個(gè)通用的模型，其它虛擬機(jī)系統(tǒng)可以在它的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)自己的強(qiáng)制訪問(wèn)控制框架。
　　客戶虛擬機(jī)在云計(jì)算平臺(tái)中為用戶提供服務(wù)，保證它的安全才能

4、使用戶有一個(gè)安全地獲取云計(jì)算服務(wù)的環(huán)境。本文分別針對(duì)客戶虛擬機(jī)用戶級(jí)應(yīng)用程序的運(yùn)行時(shí)安全和內(nèi)核的運(yùn)行時(shí)安全進(jìn)行了研究。在應(yīng)用級(jí)安全方面，提出了虛擬機(jī)內(nèi)度量框架Hyperivm，它用于判斷客戶虛擬機(jī)應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。度量模塊對(duì)運(yùn)行在客戶虛擬機(jī)中的可執(zhí)行文件進(jìn)行度量并產(chǎn)生度量值，這些度量值通過(guò)虛擬機(jī)間通信機(jī)制傳遞到特權(quán)虛擬機(jī)，保存在度量列表中。參照列表中保存的可信度量值用于在驗(yàn)證時(shí)與度量列表中的對(duì)應(yīng)值進(jìn)行比較，以判斷可執(zhí)行文件的狀態(tài)。可

5、信平臺(tái)模塊(Trusted Platform Module, TPM)被用來(lái)保證度量列表和參照列表的完整性。此外，框架中的內(nèi)存監(jiān)視模塊用于判斷度量模塊的狀態(tài)，以保證度量過(guò)程的安全性。在半虛擬化Xen系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了一個(gè)Hyperivm虛擬機(jī)內(nèi)度量框架的原型，在保護(hù)應(yīng)用程序安全的基礎(chǔ)上，它在性能評(píng)估中表現(xiàn)出良好的效率。
　　相比客戶虛擬機(jī)應(yīng)用程序的安全，其內(nèi)核的運(yùn)行時(shí)安全更為重要。本文提出了虛擬機(jī)動(dòng)態(tài)監(jiān)控框架Hyperchk，目標(biāo)是確保

6、客戶虛擬機(jī)內(nèi)核的運(yùn)行時(shí)安全。整個(gè)框架部署在特權(quán)虛擬機(jī)中，并借助虛擬機(jī)監(jiān)控器對(duì)客戶虛擬機(jī)的內(nèi)核內(nèi)存進(jìn)行監(jiān)控。特權(quán)虛擬機(jī)和虛擬機(jī)監(jiān)控器在云計(jì)算平臺(tái)中對(duì)外界是透明的，因此具有較高的安全性，這一特點(diǎn)保證了Hyperchk框架獲取內(nèi)存過(guò)程的可靠性，進(jìn)而也確保了監(jiān)控過(guò)程的安全性。通過(guò)搜索客戶虛擬機(jī)內(nèi)核內(nèi)存來(lái)獲取監(jiān)控過(guò)程中所需關(guān)鍵值的做法，大大提高了監(jiān)控過(guò)程的健壯性。根據(jù)CPU負(fù)載自調(diào)整監(jiān)控頻率的策略，在提高檢測(cè)率的同時(shí)，也減少了不必要的性能開(kāi)銷。策