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一種遠(yuǎn)程證明協(xié)議轉(zhuǎn)換模型及通用安全協(xié)議研究

文檔作者：施光源，公備，馮聿夢文檔來源：北京工業(yè)大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月11日
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第27卷第6期
2010牟6月
計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究
Application Research of Computefs
V01．27 No．6
Jun．2010
一種遠(yuǎn)程證明協(xié)議轉(zhuǎn)換模型及通用安全協(xié)議研究
施光源，公備，馮聿夢
(北京工業(yè)大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，北京100124)
摘要：在對現(xiàn)有的遠(yuǎn)程證明技術(shù)進(jìn)行分析研究的基礎(chǔ)上，提出了一種遠(yuǎn)程證明證據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ梅椒?，該方?
利用協(xié)議轉(zhuǎn)換代理模塊將不同的證明信息通過對偶的方式轉(zhuǎn)換為通用的證明信息，并且利用所設(shè)計(jì)的通信協(xié)議
進(jìn)行安全傳輸。該方法解決了遠(yuǎn)程證明中不同證明信息傳輸?shù)耐ㄓ眯詥栴}，并且保障了遠(yuǎn)程證明信息在傳輸過
程中的機(jī)密性和完整性。
關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程證明；可信網(wǎng)絡(luò)；通信協(xié)議；可信計(jì)算
中圖分類號：TP309 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1001-3695(2010)06—2309—04
doi：10．3969／j．issn．1001·3695．2010．06．090
New protocol transfer module for remote attestation and generic
secure communication protocol
SHI Guang-yuan，GONG Bei，F(xiàn)ENG Yu-meng
(College ofComputer＆如，蹦，Beijing University ofTechnology。aaji增100124，China)
Abstract：Through research the existing technologies of remote attestation。this paper provided a flew method for remote attestation
to ensure the secure transmission of the attestation’8 information．The method took advantage of a protocol transfer mod·
ule to map the different attestation information into the genetic information，and designed acommon communication protocol to
guarantee the confidentiality and integrity of remote attestation’S information in the course of transmission．
Key words：remote attestation；trusted network；communication protocol；trusted computing
0引言
隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的迅速普及，人們的工作生活都與之緊密
聯(lián)系。然而，由于互聯(lián)網(wǎng)具有開放性、互聯(lián)性等特征，致使網(wǎng)絡(luò)
中存在很多不安全因素，如蠕蟲病毒、木馬軟件等對終端的肆
意攻擊，都嚴(yán)重地威脅了計(jì)算機(jī)的安全。
在這種情況下，如何證明在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中相互通信的終端安
全可信，已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)安全領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)?？尚庞?jì)算技
術(shù)正在努力從根本上解決計(jì)算機(jī)的安全問題，對安全領(lǐng)域中的
很多關(guān)鍵問題都展開了深入研究。其中，可信遠(yuǎn)程證明就是其
中一個非常重要的部分?？尚胚h(yuǎn)程證明是證明方通過向遠(yuǎn)端
的質(zhì)詢方提供可信的證據(jù)來證明一個可信的安全環(huán)境是否存
在?，F(xiàn)階段對于遠(yuǎn)程證明的研究工作主要有：Sadcghi等人?
通過計(jì)算平臺提供的安全屬性來證明該平臺是否可信；Haldar
等人雎1通過利用可信虛擬機(jī)分析程序語義，利用語義來完成
遠(yuǎn)程證明；Sailer等人¨1在TCG的規(guī)范之上提出了完整性度量
體系，通過對實(shí)體完整性的度蟹來證明平臺可信；Li Xian—yong
等人”3通過分析系統(tǒng)行為來判斷平臺是否可信。但是，上述
這些證明方案主要關(guān)注的是證明框架和方法的研究，由于遠(yuǎn)程
證明是在多個平臺之間進(jìn)行相互操作，需要有一套通用的可信
網(wǎng)絡(luò)框架和通信協(xié)議來保障這些證明信息能夠安全準(zhǔn)確地傳
輸，而不會因?yàn)楸挥幸飧Z改從而導(dǎo)致證明結(jié)果失效。
針對上述問題，本文通過研究各種遠(yuǎn)程證明方法，分析出
它們之間的共性和區(qū)別，并結(jié)合可信網(wǎng)絡(luò)連接架構(gòu)，提出了一
套通用的可信遠(yuǎn)程證明網(wǎng)絡(luò)模型框架，并且設(shè)計(jì)了一套遠(yuǎn)程證
明通用協(xié)議(attestation genetic protocol，AGP)，保障了證明信息
在傳輸過程中的機(jī)密性和完整性。本文對現(xiàn)有的證明機(jī)制進(jìn)
行了分析，提出了可信網(wǎng)絡(luò)證明模型，并給出了通用的證明通
信協(xié)議。
1 可信遠(yuǎn)程證明機(jī)制
可信遠(yuǎn)程證明是證明方通過向遠(yuǎn)端的質(zhì)詢方提供可信的
證據(jù)來證明一個可信的安全環(huán)境是否存在。具體地說，當(dāng)平臺
A上的用戶請求平臺B提供服務(wù)時，平臺B(稱為質(zhì)詢方)在提
供授權(quán)訪問之前，除了傳統(tǒng)的身份和權(quán)限驗(yàn)證之外，還需要驗(yàn)
證平臺A(稱為證明方)的狀態(tài)是否可信?？尚胚h(yuǎn)程證明典型
的場景如圖1所示。
質(zhì)詢方／服務(wù)提供者證明方／目標(biāo)平臺
圖1典型可信遠(yuǎn)程證明場景
可信計(jì)算trifle,(TCG)在已經(jīng)公布的硬件組件的規(guī)范‘51中
提出了可信平臺模塊TPM的概念，并且TPM中存儲的平臺配
收稿日期：2009．11—16；修回Et期：2009—12—23 基金項(xiàng)目：國家“863”計(jì)劃資助項(xiàng)目(2009AA012437)；國家“973”計(jì)劃重點(diǎn)資助項(xiàng)目
(2007CB31 1 100)
作者簡介：施光源(1983·)，男，河北唐山人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樾畔踩⑦h(yuǎn)程證明(118sgy@163．corn)；公備(1984·)，男，山東臨沂
人，博士研究生，主要研究方向?yàn)樾畔踩艽a協(xié)議；馮聿夢(1985．)，男，湖南岳陽人，博士研究生，主要研究方向?yàn)橄到y(tǒng)風(fēng)險評估．
萬方數(shù)據(jù)
·2310· 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究第27卷
置信息通過利用一個加密的安全哈希函數(shù)SHA—l舊1來進(jìn)行遠(yuǎn)
程證明。TCG的遠(yuǎn)程證明機(jī)制是質(zhì)詢方要求遠(yuǎn)程計(jì)算平臺提
交相關(guān)的證明信息，這些信息包括事件記錄日志和對應(yīng)的PCR
(platform configuration register)寄存器值。每個PCR可以定義
為只與計(jì)算平臺的某一類系統(tǒng)特定事件狀態(tài)相關(guān)。證明方把
PCR進(jìn)行簽名，然后將簽名值、事件記錄以及平臺證書等內(nèi)容
報(bào)告給質(zhì)詢方；質(zhì)詢方對內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，確定遠(yuǎn)程計(jì)算平臺身
份及報(bào)告內(nèi)容的真實(shí)性。
針對TCG遠(yuǎn)程證明內(nèi)容不足的局限性又分別提出了基于
屬性和基于系統(tǒng)行為的證明方式。基于屬性的證明方式是把
系統(tǒng)的配置信息映射為與系統(tǒng)安全相關(guān)的安全屬性，然后質(zhì)詢
方通過驗(yàn)證證明方是否具有這些安全屬性來判斷其是否可信。
在文獻(xiàn)[7]中利用一種基于屬性的協(xié)議來完成盲驗(yàn)證和安全
屬性及配置信息映射的撤銷功能。
基于系統(tǒng)行為的計(jì)算平臺可信證明方法是對證明平臺中
所發(fā)生的與平臺狀態(tài)可信有關(guān)的系統(tǒng)行為加以度量和驗(yàn)證，通
過行為分析來判斷證明平臺的狀態(tài)是否可信。質(zhì)詢方根據(jù)安
全策略來實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)行為的判斷，從而達(dá)到對平臺狀態(tài)是否可
信進(jìn)行證明。
在上述各種證明方式中，它們既存在各自的優(yōu)點(diǎn)，同時也
有自己的不足，各種證明方法參看表1。TCG的證明方法比較
簡單，只是對平臺證書和PCR值進(jìn)行驗(yàn)證，這種方式包含的信
息量有限，因此證明的效果存在一定限制，但是這種證明方式
的效率比較高，如果對于安全等級要求不高的一般用戶，這種
證明的力度就能滿足要求。對于其他兩種證明方式，它們能夠
提供比較豐富的證明信息，能夠更加全面準(zhǔn)確地對系統(tǒng)進(jìn)行安
全檢查，但是需要把系統(tǒng)配置信息抽象為系統(tǒng)層次的安全屬
性，或者需要分析系統(tǒng)行為，所以比較適用于對安全等級要求
很高的用戶使用。由此可見，各種證明方法都有自己的適用領(lǐng)
域，所以需要一個通用的模型來保障各種證明方法的使用，但
是由于證明方提供的證據(jù)內(nèi)容不同，在進(jìn)行遠(yuǎn)程證明的過程
中，傳輸?shù)膬?nèi)容也有所不同。另外，傳輸過程中證明信息的安
全性也需要保證，這就需要使用一種通用的可信通信框架來保
障證明信息的安全傳輸。
表1證明方法對比
2 TCG的可信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
'rCG提出的可信網(wǎng)絡(luò)連接(TNc)架構(gòu)‘81用于解決在網(wǎng)絡(luò)
環(huán)境下的終端安全通信問題，并且通過對終端進(jìn)行完整性驗(yàn)
證，來評估終端對于要訪問網(wǎng)絡(luò)的適用性，以便確保只有合法
并且自身安全的終端才能夠接入到網(wǎng)絡(luò)。TNC是TCG提出的
一種新的概念模型，同時它也是一個開放的通用架構(gòu)，而且
TNC不依賴于具體的技術(shù)或者模式。TNC架構(gòu)如圖2所示。
TNC架構(gòu)采用服務(wù)器／客戶端模式，從縱向考慮，TNC包
含三個邏輯實(shí)體，即訪問請求者(access requestor，AR)、策略執(zhí)
行點(diǎn)(policy enforcement point，PEP)和策略決策點(diǎn)(policy decision
point，PDP)。訪問請求者是請求訪問受保護(hù)網(wǎng)絡(luò)的邏輯
實(shí)體。策略執(zhí)行點(diǎn)是執(zhí)行PDP的訪問授權(quán)決策的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。
策略決策點(diǎn)是根據(jù)特定的網(wǎng)絡(luò)訪問策略檢查訪問請求者的訪
問認(rèn)證，決定是否授權(quán)訪問的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體。從橫向考慮，TNC又
分為完整性度量層、完整性評價層和網(wǎng)絡(luò)訪問層。
TCG的可信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)TNC主要是針對于平臺完整性證明
的支持，也就是對于TCG的遠(yuǎn)程證明方式的支持，并沒有考慮
到后來出現(xiàn)的基于安全屬性和系統(tǒng)行為的遠(yuǎn)程證明方式的支
持。但TNC具有很好的擴(kuò)展性，并且利用TNC所提供的服務(wù)
能夠建立起可信連接，所以可以把TNC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)作為一種基
礎(chǔ)功能模塊來使用。
3可信遠(yuǎn)程證明網(wǎng)絡(luò)模型及通信協(xié)議
3．1 可信遠(yuǎn)程證明網(wǎng)絡(luò)模型
可信遠(yuǎn)程證明網(wǎng)絡(luò)模型(trusted remote attestation network
model，TRANM)整體架構(gòu)如圖3所示。在證明方中，證明度測
模塊用來度量計(jì)算平臺的可信性，該模塊實(shí)現(xiàn)方法可以是表1
中所列舉的證明方法中所采取的度量方法，度量結(jié)果將存放在
證據(jù)數(shù)據(jù)庫中，以便供證明信息采集器(attestation information
collector，AIC)所使用。AIC將獲得的證據(jù)文件傳遞給協(xié)議轉(zhuǎn)
換代理(protocol transfer proxy，腫)進(jìn)行證據(jù)規(guī)范化處理，然
后通過通用協(xié)議進(jìn)行傳輸。在驗(yàn)證端，PTP將統(tǒng)一證據(jù)傳遞給
證明信息分析器(attestation information verifier，AIV)進(jìn)行證據(jù)
分類處理，把不同證據(jù)提供給證明驗(yàn)證模塊進(jìn)行平臺可信性證
明。關(guān)于證明度測模塊和證明驗(yàn)證模塊的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以參考
文獻(xiàn)[1—4]，協(xié)議轉(zhuǎn)換代理PTP的設(shè)計(jì)是本文闡述的要點(diǎn)。
AR PEP PDP J母一鼎?圃
一1?IF—IMC職一州一{?． 『早隧幽～．匝團(tuán)
I匝皿j甓霹：圈L—-------一IF—PEP
f群一薷一{?IF—IMC IF—IMV一十一-
I口由》一班—奠!墮．咂盤團(tuán)
lF—T l
l匝蘊(yùn)]：i偉露羹：薹巫口
圖2 TNC架構(gòu)圖圖3遠(yuǎn)程證明整體架構(gòu)圖
3．2 P．rP模塊描述
在可信遠(yuǎn)程證明網(wǎng)絡(luò)模型中，協(xié)議轉(zhuǎn)換代理m模塊主
要負(fù)責(zé)把通過不同證明方法所得到的證據(jù)進(jìn)行規(guī)范化處理，轉(zhuǎn)
換成能夠被證明通用協(xié)議(AGP)所使用的格式，使得能夠按
照所設(shè)計(jì)的證明通用協(xié)議進(jìn)行傳輸。PTP具有的功能包括：a)
在證明方負(fù)責(zé)把不同的證明信息轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一證明信息；b)在
質(zhì)詢方負(fù)責(zé)把接收到的統(tǒng)一證明信息轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的證明信息。
首先利用AIC收集證明證據(jù)信息，AIC收集證據(jù)的相關(guān)信
息，不單單包含證據(jù)文件本身(證據(jù)材料)，還要包括證據(jù)文件
類型、證據(jù)文件數(shù)量、證據(jù)文件大小等內(nèi)容。
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萬方數(shù)據(jù)
第6期施光源，等：一種遠(yuǎn)程證明協(xié)議轉(zhuǎn)換模型及通用安全協(xié)議研究·2311·
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