面向云計(jì)算的可信虛擬環(huán)境關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、云計(jì)算是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算模式，它將計(jì)算任務(wù)分布在大量計(jì)算機(jī)構(gòu)成的資源池上，消費(fèi)者能夠根據(jù)需要獲取計(jì)算力、存儲(chǔ)空間和各種軟件服務(wù)，并按使用量付費(fèi)。云計(jì)算引起了計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的又一場(chǎng)革新，也帶來了許多新的安全問題。
　　基于云計(jì)算分布式計(jì)算和存儲(chǔ)的特點(diǎn)，云計(jì)算安全問題可總結(jié)為虛擬化安全、應(yīng)用安全和租戶安全三個(gè)方面。虛擬化安全包括虛擬機(jī)監(jiān)視器(VMM)的安全和虛擬機(jī)操作系統(tǒng)安全兩個(gè)部分。應(yīng)用安全包括應(yīng)用環(huán)境安全和可信應(yīng)用服務(wù)。租戶安全主

2、要研究在云計(jì)算共享計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源的基礎(chǔ)上，如何保證租戶隔離機(jī)制的安全有效，保護(hù)租戶隱私。從研究現(xiàn)狀來看，三方面的研究能在一定程度上解決云計(jì)算中的安全問題，但也都存在局限性。
　　當(dāng)前，可信計(jì)算與云計(jì)算的結(jié)合已經(jīng)成為研究熱點(diǎn)。虛擬技術(shù)由于其對(duì)虛擬機(jī)的高分離性和對(duì)資源的高可控性，大大提高了系統(tǒng)的安全性，可信計(jì)算在可信認(rèn)證、可信度量、可信存儲(chǔ)等方面為安全應(yīng)用支撐平臺(tái)的建立提供了基礎(chǔ)支持，從根本上來解決系統(tǒng)的可信性和安全性問題，因此緊

3、密結(jié)合可信計(jì)算和虛擬技術(shù)建立“可信云計(jì)算環(huán)境”，可從根本上確保云環(huán)境中用戶數(shù)據(jù)和應(yīng)用的安全。在沈昌祥院士提出的云計(jì)算安全可信架構(gòu)下，本文把租戶隔離機(jī)制的可信要求加入到可信云計(jì)算環(huán)境中，從虛擬計(jì)算資源可信、應(yīng)用環(huán)境可信和租戶隔離可信三個(gè)方面展開研究，建立面向云計(jì)算的可信虛擬環(huán)境，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，取得下面四個(gè)方面的成果。
　　(1)把可信計(jì)算與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，提出了一種安全虛擬機(jī)完整性監(jiān)控機(jī)制SVMIM(Security

4、 Virtual Machine Integrity Monitor)，構(gòu)建可信虛擬計(jì)算資源環(huán)境。SVMIM采用混雜模式的安全結(jié)構(gòu)，基于可信計(jì)算技術(shù)對(duì)虛擬機(jī)操作系統(tǒng)的代碼加載過程進(jìn)行監(jiān)視和控制，有效克服“語義差別”問題，并保證安全機(jī)制自身的可信;同時(shí)，SVMIM基于虛擬機(jī)網(wǎng)絡(luò)引導(dǎo)機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)端使用存儲(chǔ)克隆技術(shù)，最大程度地降低安全機(jī)制對(duì)系統(tǒng)性能的影響。
　　(2)利用可信計(jì)算技術(shù)，建立可信的應(yīng)用環(huán)境。在云計(jì)算平臺(tái)中，云應(yīng)用不僅包

5、括一般的可執(zhí)行程序，也包括Java應(yīng)用和Web服務(wù)。由于Java程序的平臺(tái)無關(guān)性，一些傳統(tǒng)的基于操作系統(tǒng)層對(duì)可執(zhí)行程序進(jìn)行可信度量的方法并不適應(yīng)。本文先利用SVMIM機(jī)制，建立可信的可執(zhí)行程序應(yīng)用環(huán)境，并且通過對(duì)JVM的可信改造，建立起一個(gè)可信Java平臺(tái)(Trusted Java Platform，TJP)，實(shí)現(xiàn)信任鏈在JVM中的傳遞，確保云計(jì)算應(yīng)用環(huán)境的可信。
　　(3)為了讓租戶購買云計(jì)算服務(wù)，云計(jì)算服務(wù)提供商(Cloud

6、Service Provider，CSP)必須證明云計(jì)算中的租戶隔離機(jī)制的有效性，提高租戶對(duì)云計(jì)算隔離機(jī)制的信心。而現(xiàn)有的云租戶隔離機(jī)制只是單方面滿足CSP的可信要求，注重對(duì)云服務(wù)的某些外部屬性進(jìn)行測(cè)量，不能滿足租戶對(duì)云租戶隔離機(jī)制的高安全性要求。本文給出了一種面向透明可控要求的可信云租戶隔離機(jī)制，把透明可控性要求看作是一種云計(jì)算系統(tǒng)中不同安全域之間的信息流，它將云租戶隔離機(jī)制的內(nèi)部策略和實(shí)時(shí)運(yùn)行信息從云管理平臺(tái)安全域傳送到租戶安全域，

7、從而為租戶測(cè)量和驗(yàn)證云租戶隔離機(jī)制提供了一種方法和手段;同時(shí)，本文還通過信息流無干擾理論證明了所提出機(jī)制的安全有效性，進(jìn)一步提高了租戶對(duì)云租戶隔離機(jī)制的信心水平。
　　(4)實(shí)現(xiàn)云桌面系統(tǒng)這一云計(jì)算中的典型應(yīng)用來對(duì)本文提出的方法進(jìn)行驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)?？尚旁谱烂嫦到y(tǒng)從建立可信虛擬計(jì)算資源環(huán)境、可信應(yīng)用環(huán)境和可信租戶隔離環(huán)境三個(gè)方面來進(jìn)行設(shè)計(jì)，并給出了每個(gè)功能模塊詳細(xì)的設(shè)計(jì)思路和實(shí)現(xiàn)方法，最后對(duì)原型系統(tǒng)進(jìn)行安全性分析和性能測(cè)試，證明了其實(shí)際