云计算环境下虚拟机映像安全管理模型研究

发布时间：2019-07-23 11:27

【摘要】：云计算是计算机科学中一种新兴的计算模型。云计算模型整合网络中的各种计算资源,并对这些资源进行虚拟化与抽象,使之变成可靠的服务,然后以这种形式将这些计算资源有效地提供给用户。在这种模型下,用户可以从复杂的底层硬件逻辑,软件栈,与网络协议中解放出来。然而,在数据的完整性,数据恢复和私密性等方面,云计算仍存在很大的风险。目前云计算的数据文件安全机制都是以虚拟机技术为基础的。本文首先介绍了虚拟机技术、虚拟机实例Xen、以及虚拟机监视器层Hypervisor。接着深入研究了Mirage模型,对Mirage模型面对的安全问题进行详细分析,指出其存在的两方面的安全缺陷：访问控制规则静态、过滤策略简单。针对Mirage模型存在的安全缺陷,文章提出SI-Mirage模型,把用户使用虚拟机映像看作一个独立事件,为事件中的各个对象建立信任模型,引入安全指数,评估事件的运行对系统安全性能的影响。并对Mirage模型中的访问控制规则进行优化,同时给出了SI-Mirage模型的部分实现细节。最后对SI-Mirage模型进行实验测试,测试结果表明,SI-Mirage模型在安全性能上对系统有较大提升,但是在接受范围内,网络吞吐量、内存缓存和磁盘I/0上都有一定比例的下降。
【图文】：

虚拟机物理地址和宿主机物理地址之间的映射虚拟机中的Hash页表存放的是虚拟机的虚拟地址和物理地址之间的映射，而Hypervisor层为了使各个运行的虚拟机之间实现物理上的隔离对宿主机的

也就是说虚拟机使用的物理地址（PA)并不等于宿主机上使用的机器物理地址（MA)，图2-3描述了虚拟机VM的物理地址（PA)和宿主机的物理地址（MA)之间的映射关系。11

影子页表工作机制在上文的影子页表软件实现的机制下，每一次在虚拟机上切换地址空间（在虚拟机进程之间进行切换）都需要清空影子页表，并重新建立虚拟机的虚拟地址

这就是所说的影子页表（Shadow Page Table) [29]。如图2-4所示，影子页表的工作流程如下：1)在宿主机发生页缺失异常时（Page Fault Exception), Hypervisor检查客户机页表中是否存在地址映射，如果映射存在，则转向第2步；如果不存在则转向第3步；2) Hypervisor根据PA找到相应的MA,将映射关系〈VA，，MA>插入影子页表，然后返回虚拟机继续执行；3) Hypervisor向客户机提交页缺失异常（Page Fault Exception),然后返回虚拟机继续执行；- 4)虚拟机会在其页表中建立映射关系〈VA，MA>，在虚拟机重新访问这个虚拟地址VA时，如果映射<VA
【学位授予单位】：复旦大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TP3;TP302

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