嵌入式系统程序完整性验证技术研究与实现

发布时间：2020-10-01 18:55

　　随着计算机技术的不断发展,嵌入式系统不断地渗透到人们生活中的每个角落,由于嵌入式系统的便携性等特点,越来越多的人也把自身比较重要的信息都存储到嵌入式设备上面,如把身份证号码,银行卡帐号敏感信息记录到智能手机,PDA,掌上电脑中。然而对于现在大多数的嵌入式设备都是裸露在外,极少数的系统有自身的防御措施,不法分子可以很轻易地盗取设备上的敏感信息,或者往系统中注入恶意软件窃听用户的通信,或者伪造嵌入式设备而不被察觉,因此嵌入式系统的安全性受到了极大的挑战, 现在成熟的安全性策略都集中于PC机的防护,操作系统的应用层有杀毒软件和防火墙,硬件层有安全电脑保护机制,整一套安全系统保护又有可信协议机制保护。然而这些成熟的技术不能很好地移植到嵌入式系统中,嵌入式系统必须很好地考虑价格,功耗,资源和通用。嵌入式系统必须拥有自身的安全保护机制。目前已有几种对嵌入式系统安全的保护措施。最典型的就是ARM推出的安全处理器TrustZone,它在一个芯片中集成了两个处理器,一个用于处理普通数据,一个用于处理安全信息。但是安全处理器品种单一,价格也昂贵,不能满足嵌入式系统的低价格和通用性等特点。另一种保护措施就是把可信计算移植到嵌入式系统中,可信计算链的安全性是基于可信根的基础上,通过层级链式保护,实现了整个系统的安全,然而在嵌入式系统中,可信计算的可信根却不能确保安全,恶意者能很容易地往用户手机中注入恶意代码而不被发现。本论文正是基于可信计算协议的基础上,设计了一套保障可信根的安全的嵌入式系统,即Flash保护嵌入式系统(Flash Guard Embedded System, FGES)。该系统利用了FPGA的硬件编程的特点实现了高性能的可信根的安全机制,并且不改变以往嵌入式系统结构,很好地满足了嵌入式系统通用性的特点,基于可信根的安全的可信计算协议能很好地保证嵌入式系统的安全。本文共有七个部分,开篇点出了嵌入式系统安全的相关背景,第二章阐述了FGES的整体结构图。第三章给出了FGES的硬件结构。第四章重点给出了FGES核心模块FPGA的整体和各个部件的设计。第五章和第六章介绍了TCM和uclinx的开发。第七章阐述了FGES安全分析。最后一章给出了FGES的测试。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TP368.12
【部分图文】：

系统结构图,系统结构

第一章绪论该模块是由安全密钥存储组件、字签名认证等构成。 TCG可移动嵌入式平台制定新的保护机制。如微软的 Next-Gease 和英特尔的 LaGrande 处理器。采用可信计算的链式结构，先从低层完成安全机制的保障，在往上一层去验证，其系统结构如图 1-1 所示。TPM 会为系，如 AES 加密引擎，安全存储，数字签名等等。基于这些障底层程序的安全，这样就为可信链的保证提供了安全的基存储空间的有限，它很难去保障系统外部数据的安全性，也到了威胁。TPM 的足够安全是基于可信根的安全基础上的tloader 引导程序等。如果攻击者恶意往内核注入木马程序，

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华南理工大学硕士学位论文访问，这样就把安全空间和外部隔绝。要想访问这的验证，而要想和安全处理器通讯，又必须得得到处理器的安全级别是非常高的。但是它的自身优势，因为嵌入式除了要满足安全性的要求，还要考虑的嵌入式设备设计一个专用的处理器似乎不太实际也不太可能。使用安全处理器还会破坏原有系统的级别的应用优势，但是它不能很好地满足嵌入式

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图 1-3 TPM 可信链机制技术被广泛用于计算机安全领域，但是嵌入式安全有那么多资源，其次嵌入式没有那么多能量，最后经是比较成熟的技术，因而 TPM 芯片也是比较低的各种各样的应用。而且 TPM 的安全存取空间是的保证。为此本设计通过现场可编程门阵列（Field ，来解决 TPM 在嵌入式安全不灵活的这些缺陷。编程逻辑块组成的数字集成电路，这些逻辑块之间可以对这类器件进行编程来完成各种各样的任务。可以很好地去配置自身的硬件电路和外围接口，因互连和拓展。FPGA 并不像处理器的流水线工作模工作模式。而 FPGA 的根本单元就是百万个 SR路是并发的，因此它很适合于安全引擎的设计。

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