嵌入式系統(tǒng)可信計算環(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，使得嵌入式計算技術(shù)得以廣泛普及應(yīng)用，嵌入式設(shè)備已成為國防、醫(yī)療、工業(yè)過程控制、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)備在為人類社會提供便捷之時，其自身的可信性也引起人們重視，如何針對嵌入式系統(tǒng)的特點，構(gòu)建一個高可信的嵌入式計算環(huán)境已成為信息安全領(lǐng)域研究熱點之一。
　　現(xiàn)有的計算系統(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)對軟件實體可信的影響。本文基于雙內(nèi)核技術(shù)、信息流非傳遞無干擾理論等，針對嵌入式可信環(huán)境構(gòu)建中的信任根設(shè)計、可信性分析、信任鏈傳遞、遠(yuǎn)程證明等關(guān)鍵問題開展了深入研究。
　　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、驗證并加載可信內(nèi)核，可信內(nèi)核通過禁止用戶內(nèi)核及上層應(yīng)用對 FLASH的寫訪問，實現(xiàn)對引導(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)嵌虛擬可信平臺模塊（vTPM），可實現(xiàn)為用戶內(nèi)核提供密碼服務(wù)相關(guān)功能，引導(dǎo)FLASH中開辟特定區(qū)域用于實現(xiàn)vTPM所需要的平臺配置寄存器及相關(guān)存儲區(qū)。與可信計算組織的可信計算架構(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，普適性更好。論文中搭建了實現(xiàn)該方法的原型系統(tǒng)，實驗結(jié)果表明，采用該方法可提供可信平臺模塊（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度，既避免了鏈?zhǔn)絺鬟f所帶來的信任衰減問題，又提高了星型模型中所有的信任全部由嵌入式可信平臺模塊測量所引

5、起的效率低下問題。
　　（3）提出了一種基于信息流動態(tài)非傳遞無干擾模型的軟件動態(tài)可信性分析方法，論述了系統(tǒng)狀態(tài)對軟件可信性的影響，采用訪問控制刻畫軟件實體運行態(tài)互干擾行為，建立了分析模型，為信任鏈傳遞過程中軟件動態(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)無法分析信任鏈傳遞過程中系統(tǒng)狀態(tài)對軟件可信性影響的問題。
　?。?）針對二叉哈希樹動態(tài)構(gòu)造中根哈希更新效率較低問題，提出了一

6、種新型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)—左滿哈希樹，并給出了新葉結(jié)點插入算法及根哈希更新算法，與采用平衡二叉哈希樹相比較而言，將新葉結(jié)點插入帶來的根哈希更新計算量降低了大約40％，且能有效地降低哈希樹的構(gòu)造時間。
　　（5）提出了一種基于關(guān)注點的動態(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)注點的遠(yuǎn)程證明的合理性，通過將信任根與應(yīng)用動態(tài)可信監(jiān)控模塊相結(jié)合，將完整性度量架構(gòu)（IMA）中對所有加載模塊的