嵌入式系統(tǒng)可信計(jì)算環(huán)境構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，電子與信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得嵌入式計(jì)算技術(shù)得以廣泛普及應(yīng)用，嵌入式設(shè)備已成為國(guó)防、醫(yī)療、工業(yè)過(guò)程控制、金融、乃至于人們生活密不可分的組成部分之一。這些嵌入式設(shè)備在為人類社會(huì)提供便捷之時(shí)，其自身的可信性也引起人們重視，如何針對(duì)嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)，構(gòu)建一個(gè)高可信的嵌入式計(jì)算環(huán)境已成為信息安全領(lǐng)域研究熱點(diǎn)之一。
　　現(xiàn)有的計(jì)算系統(tǒng)可信環(huán)境構(gòu)建技術(shù)主要側(cè)重于桌面及服務(wù)器領(lǐng)域，難以適用于嵌入式領(lǐng)域。另一方面，現(xiàn)有的軟件可信性分析技術(shù)未

2、考慮系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)軟件實(shí)體可信的影響。本文基于雙內(nèi)核技術(shù)、信息流非傳遞無(wú)干擾理論等，針對(duì)嵌入式可信環(huán)境構(gòu)建中的信任根設(shè)計(jì)、可信性分析、信任鏈傳遞、遠(yuǎn)程證明等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展了深入研究。
　　論文工作中的創(chuàng)新性研究成果主要有：
　　（1）提出了一種由引導(dǎo)程序與可信內(nèi)核構(gòu)成的嵌入式信任根構(gòu)建方法。固化在引導(dǎo)FLASH中的引導(dǎo)程序度量、驗(yàn)證并加載可信內(nèi)核，可信內(nèi)核通過(guò)禁止用戶內(nèi)核及上層應(yīng)用對(duì) FLASH的寫(xiě)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)引導(dǎo)程序的保護(hù)，二者

3、相互作用保證了信任根的不可篡改性；可信內(nèi)核內(nèi)嵌虛擬可信平臺(tái)模塊（vTPM），可實(shí)現(xiàn)為用戶內(nèi)核提供密碼服務(wù)相關(guān)功能，引導(dǎo)FLASH中開(kāi)辟特定區(qū)域用于實(shí)現(xiàn)vTPM所需要的平臺(tái)配置寄存器及相關(guān)存儲(chǔ)區(qū)。與可信計(jì)算組織的可信計(jì)算架構(gòu)相比，該方法不需要增加額外的硬件，具有可避免了成本、功耗、體積增加的優(yōu)點(diǎn)，普適性更好。論文中搭建了實(shí)現(xiàn)該方法的原型系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用該方法可提供可信平臺(tái)模塊（TPM）密碼服務(wù)相關(guān)功能，并可有效提高系統(tǒng)的安全性。<

4、br>　?。?）基于雙內(nèi)核架構(gòu)，提出一種干-支型信任鏈傳遞模型，從信任根到操作系統(tǒng)，采用鏈?zhǔn)叫湃捂渹鬟f模型，從操作系統(tǒng)到應(yīng)用程序采用星型信任鏈傳遞模型。干-支式模型中，操作系統(tǒng)內(nèi)核作為系統(tǒng)可信的關(guān)鍵組成部分由信任根直接度量，是信任鏈中的主干；應(yīng)用程序由操作系統(tǒng)可信內(nèi)核內(nèi)嵌的vTPM分別度量，是信任鏈中的分支。該模型有效地縮減了信任鏈的長(zhǎng)度，既避免了鏈?zhǔn)絺鬟f所帶來(lái)的信任衰減問(wèn)題，又提高了星型模型中所有的信任全部由嵌入式可信平臺(tái)模塊測(cè)量所引

5、起的效率低下問(wèn)題。
　?。?）提出了一種基于信息流動(dòng)態(tài)非傳遞無(wú)干擾模型的軟件動(dòng)態(tài)可信性分析方法，論述了系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)軟件可信性的影響，采用訪問(wèn)控制刻畫(huà)軟件實(shí)體運(yùn)行態(tài)互干擾行為，建立了分析模型，為信任鏈傳遞過(guò)程中軟件動(dòng)態(tài)可信性分析提供了一種新方法。在此基礎(chǔ)上給出了系統(tǒng)可信的判斷定理，并予以證明，解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法分析信任鏈傳遞過(guò)程中系統(tǒng)狀態(tài)對(duì)軟件可信性影響的問(wèn)題。
　?。?）針對(duì)二叉哈希樹(shù)動(dòng)態(tài)構(gòu)造中根哈希更新效率較低問(wèn)題，提出了一

6、種新型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—左滿哈希樹(shù)，并給出了新葉結(jié)點(diǎn)插入算法及根哈希更新算法，與采用平衡二叉哈希樹(shù)相比較而言，將新葉結(jié)點(diǎn)插入帶來(lái)的根哈希更新計(jì)算量降低了大約40％，且能有效地降低哈希樹(shù)的構(gòu)造時(shí)間。
　?。?）提出了一種基于關(guān)注點(diǎn)的動(dòng)態(tài)可信遠(yuǎn)程證明模型，給出了遠(yuǎn)程證明的形式化定義，分析了遠(yuǎn)程證明中質(zhì)詢方與證明方的關(guān)系，論述了基于關(guān)注點(diǎn)的遠(yuǎn)程證明的合理性，通過(guò)將信任根與應(yīng)用動(dòng)態(tài)可信監(jiān)控模塊相結(jié)合，將完整性度量架構(gòu)（IMA）中對(duì)所有加載模塊的