提供可信IaaS服务的云计算平台构建

发布时间：2020-02-18 04:40

【摘要】：为建立用户对云服务的信任,构建了一种提供可信基础设施即服务(IaaS)的云计算平台。针对虚拟化层Hypervisor的特点,为IaaS云计算平台构建信任链。采用顺序的加载时度量方式建立由可信根至GuestOS kernel的信任链。对于管理虚拟机上动态加载的应用软件,采用基于可信可执行程序列表的无序度量方式实现对应用程序的完整性度量,从而建立完整的信任链。设计协议允许用户将其虚拟机镜像与云计算平台的完整性绑定,保证用户虚拟机开启在可信的IaaS平台。基于Xen系统和Linux内核实现了度量机制。实验结果表明,该方案具有较小性能开销。
【图文】：

可执行程序,信任链,计算平台,传递过程

（Ｓｉ＋１）＝０。以ＶＭＭ和Ｄｏｍ０ｋｅｒｎｅｌ的度量过程为例，Ｉｉ表示ＧＲＵＢＳｔａｇｅ２的完整性，Ｖｉ（Ｓｉ＋１）包含Ｓｔａｇｅ２对Ｘｅｎ和Ｄｏｍ０ｋｅｒ－ｎｅｌ的哈希计算和验证，如果验证通过，则Ｉｉ＋１＝１，加载Ｘｅｎ系统，然后进入Ｄｏｍ０的ｋｅｒｎｅｌ。为了实现上述功能，在ＧＲＵＢ中添加了完整性验证模块，提供完整性计算和验证功能。综上所述，ＰＭ从加电引导到Ｄｏｍ０上可执行程序的信任传递过程如图１所示。ＰＭ的度量列表ＭＬ安全存储在ＴＰＭ中，云用户可以向ＰＭ平台发送ｎｏｎｃｅ，就能获得该平台ＰＣＲ的签名集。用户自己或委托可信第三方通过检查随机数匹配和验证ＭＬ的签名识别可信ＩａａＳ平台。图１云计算平台信任链传递过程１．２基于可信可执行程序列表的可信度量由于Ｄｏｍ０可能为ＤｏｍＵ特定的业务需求定制特定的服务和应用，这些服务和应用的装载运行没有严格的时间顺序限制，具有动态性的特点，因此，从ＧｕｅｓｔＯＳｋｅｒｎｅｌ到应用运行之间是一个无序的多样化的过程。显然，ＯＳｋｅｒｎｅｌ对Ｄｏｍ０上层应用程序的度量不能采取ＴＣＧ顺序的度量方式，本文提出一种基于可信可执行程序列表（ｔｒｕｓ－ｔｅｄｅｘｅｃｕｔａｂｌｅｐｒｏｇｒａｍｌｉｓｔ，ＴＥＰＬ）的运行时度量方式，其本思想是：以策略库的方式（策略库可更新）建立可信可执行程序列表，在可执行程序运行前，进行度量验证，·３７３２·

动态验证,计算平台,完整性,绑定

第３４卷第１１期刘婷婷，赵勇：提供可信ＩａａＳ服务的云计算平台构建仅有通过验证、符合策略预期的可执行程序才能够运行，任何恶意代码不能在Ｄｏｍ０上启动。本文基于Ｌｉｎｕｘ系统内核实现了这一度量过程。为了实现ＯＳｋｅｒｎｅｌ对Ｄｏｍ０上层应用软件进行度量，本文对Ｌｉｎｕｘ系统内核进行了可信改造，增加了可执行程序的可信验证模块（ｔｒｕｓｔｗｏｒｔｈｉｎｅｓｓｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ，ＴＶＭ），用于验证节点上可执行代码的真实性和完整性。在内核中利用Ｈｏｏｋ机制截获可执行代码的启动请求，对可执行代码进行真实性和完整性验证。在Ｌｉｎｕｘ内核中，ｄｏ＿ｅｘｅｃｖｅ（）的功能是加载新程序并跳转执行，ｄｏ＿ｅｘｅｃｖｅ（）要调用ｏｐｅｎ＿ｅｘｅｃ（），把要装入的可执行文件的路径名转换成该执行文件所在的索引节点ｉｎｏｄｅ，这样，内核函数直接使用索引节点到磁盘存取可执行文件。通过截获这一调用请求，对可执行代码的内容、路径进行验证。验证通过后，继续调用ｏｐｅｎ＿ｅｘｅｃ（），，找到可执行文件的节点ｉｎｏｄｅ。然后调用ｒｅａｄ＿ｅｘｅｃ（）和ｓｅａｒｃｈ＿ｂｉｎａｒｙ＿ｈａｎｄｌｅｒ（），装入可执行程序并运行。ＴＶＭ的工作流程如图２所示。图２ＴＶＭ动态验证机制的工作流程２用户ＶＭＩ与计算平台完整性绑定第１部分所建立的信任链传递机制保证了云计算集群中单个主机的可信，一种提供可信ＩａａＳ服务的方法是在每个物理主机上都部署这样的平台，但由于云租户对服务的安全需求存在差异，综合考虑利益和安全成本，本

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