虛擬可信平臺(tái)及數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展和日益融合，信息安全問(wèn)題變得尤為突出。信息在存儲(chǔ)、處理和交換過(guò)程中，都存在泄密、竊取和破壞等危害事件的發(fā)生，為個(gè)人用戶和企業(yè)造成了嚴(yán)重的損失。為了解決數(shù)據(jù)泄漏問(wèn)題，研究人員從不同技術(shù)角度出發(fā)，提出了基于數(shù)據(jù)加密、訪問(wèn)控制、內(nèi)容監(jiān)控、虛擬化技術(shù)以及多種技術(shù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)解決方案。但是，數(shù)據(jù)泄漏事件仍然不斷發(fā)生。究其原因，現(xiàn)有平臺(tái)是一個(gè)開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，從根本上無(wú)法避免安全威脅，而且傳統(tǒng)的安全防范手段不

2、能充分保護(hù)數(shù)據(jù)的安全，并且缺乏良好的可信環(huán)境和安全的驗(yàn)證機(jī)制?？尚庞?jì)算為平臺(tái)提供了安全增強(qiáng)的硬件基礎(chǔ)，并在這樣的平臺(tái)上通過(guò)軟硬件結(jié)合的方式構(gòu)建可信環(huán)境?？尚庞?jì)算環(huán)境確保在其上進(jìn)行的計(jì)算具有真實(shí)性、機(jī)密性和可控性等特點(diǎn)，利用其提供的這些特性可以彌補(bǔ)僅依靠軟件防范方式帶來(lái)的不足，為數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)技術(shù)提供了一個(gè)新的思路。并與虛擬化技術(shù)相結(jié)合，充分利用虛擬化優(yōu)秀的封裝性、隔離性、硬件無(wú)關(guān)性和特權(quán)功能，極大的提高了數(shù)據(jù)的安全性。
　　本論文基

3、于可信計(jì)算和虛擬化的思想和技術(shù)，首先對(duì)現(xiàn)有的虛擬可信計(jì)算平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)以及提出在此平臺(tái)上信任鏈度量的方案，并通過(guò)分析操作系統(tǒng)的啟動(dòng)流程、完整性度量因素和啟動(dòng)流程需要度量的內(nèi)容，利用Trusted GRUB實(shí)現(xiàn)了此方案信任鏈的構(gòu)建過(guò)程。然后，在此平臺(tái)上利用可信平臺(tái)模塊的特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)密封技術(shù)與傳統(tǒng)的加密方法結(jié)合，提出一個(gè)本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)模型以及對(duì)其中的密封算法進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中，利用以上提出的數(shù)據(jù)保護(hù)思想，構(gòu)造了客戶

4、端數(shù)據(jù)保護(hù)模型和服務(wù)器端數(shù)據(jù)保護(hù)模型，保證了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中數(shù)據(jù)的安全。主要研究成果及創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　(1)改進(jìn)了虛擬可信平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　針對(duì)可信計(jì)算與虛擬化技術(shù)相結(jié)合對(duì)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)帶來(lái)的的優(yōu)勢(shì)，以及對(duì)平臺(tái)進(jìn)行完整性驗(yàn)證存在的缺點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)有的虛擬可信平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，為平臺(tái)中的敏感數(shù)據(jù)建立了可信的存儲(chǔ)環(huán)境。在這個(gè)平臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中提出一個(gè)建立信任鏈的完整解決方案---TVP，對(duì)物理機(jī)的引導(dǎo)程序、VMM的引導(dǎo)程序，虛擬機(jī)特權(quán)域的

5、引導(dǎo)程序和非特權(quán)域的引導(dǎo)程序進(jìn)行度量。為了確保信任鏈的安全傳遞，設(shè)計(jì)了可信程序記錄管理算法—TPRTM，在算法中利用 TPM中的非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)程序的基準(zhǔn)度量值，并利用TPM的密封和解密封的功能保護(hù)信任鏈中的度量值。
　　(2)提出虛擬可信平臺(tái)信任鏈度量算法
　　針對(duì)目前虛擬可信平臺(tái)信任鏈的不完整，提出虛擬可信平臺(tái)信任鏈的構(gòu)建及度量算法。在前面構(gòu)建的虛擬可信平臺(tái)基礎(chǔ)上，根據(jù)系統(tǒng)完整性度量因素和系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中需要度量的關(guān)鍵

6、內(nèi)容建立了完整的信任鏈，并設(shè)計(jì)了基準(zhǔn)度量值計(jì)算算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)平臺(tái)的完整性驗(yàn)證。利用 Trusted GRUB擴(kuò)展了原始的GRUB引導(dǎo)程序，完成了從硬件平臺(tái)啟動(dòng)到虛擬客戶端啟動(dòng)的信任鏈構(gòu)建過(guò)程。并在啟動(dòng)過(guò)程中度量指定的關(guān)鍵文件并將完整性度量結(jié)果擴(kuò)展到相應(yīng)的PCR中，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)的完整性驗(yàn)證。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，如果平臺(tái)信任鏈遭到篡改或者破壞，系統(tǒng)在啟動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)出警告，保證了平臺(tái)的可信。
　　(3)提出本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)模型及密封算法

7、　　針對(duì)目前數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)技術(shù)在本地存儲(chǔ)中存在的問(wèn)題，提出本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)數(shù)據(jù)保護(hù)模型。主要研究面向內(nèi)部威脅的本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)方案，方案中將可信計(jì)算中的數(shù)據(jù)密封技術(shù)與傳統(tǒng)的加密方法結(jié)合，構(gòu)建一個(gè)本地存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保護(hù)模型，模型中被加密數(shù)據(jù)與平臺(tái)狀態(tài)綁定，可以防止密鑰遭受惡意病毒或者木馬的破壞或盜取，還可以防止內(nèi)部用戶惡意泄漏系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)而帶來(lái)的損失。并改進(jìn)了模型中使用的數(shù)據(jù)密封方法，解決了由于平臺(tái)更新而導(dǎo)致對(duì)數(shù)據(jù)的解封和重新密封的

8、問(wèn)題。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析表明，本方案比較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)方法，本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的安全性得到了增強(qiáng)，降低了由于內(nèi)部威脅而導(dǎo)致數(shù)據(jù)泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。在密封數(shù)據(jù)過(guò)程中，改進(jìn)后的算法雖然在首次密封時(shí)時(shí)間增長(zhǎng)，但是二次密封時(shí)間優(yōu)于其它密封算法。
　　(4)提出網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)模型
　　針對(duì)網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)中數(shù)據(jù)安全的問(wèn)題，提出網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)泄漏防護(hù)模型。方案將可信計(jì)算、虛擬化技術(shù)和加密技術(shù)結(jié)合在一起，根據(jù)數(shù)據(jù)加密的位置不同分為客戶端數(shù)據(jù)保護(hù)模型和服務(wù)器端數(shù)