空天信息安全与可信计算教育部重点实验室.pptx

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1、空天信息安全与可信计算教育部重点实验室汇报人：徐明迪2009年7月18日可信计算平台测评理论与技术可信计算平台测评理论与技术报告提纲报告提纲二二总结总结 1可信计算平台测评概念可信计算平台测评概念可信计算平台测评系统可信计算平台测评系统一一三三一、可信计算平台测评概念一、可信计算平台测评概念1.1.可信计算平台测评可信计算平台测评v可信计算产品已经开始走向应用几乎所有的著名笔记本电脑都配置了TPM芯片OpenTC和IBM分别各自推出了开源的可信计算软件v我国政策规定根据中国国家信息安全测评认证管理方法的规定，信息安全产品必须经过测评认证才能实际应用v可信计算平台测评可信计算平台的标准一致性测试

2、可信计算平台的安全性测试可信计算平台的可靠性测试一、可信计算平台测评概念一、可信计算平台测评概念2.2.国内外研究现状国内外研究现状v德国波鸿大学发现主流的TPM在不同程度上都存在与标准不符合的问题v匈牙利布达佩斯大学将白盒测试和Fuzzing技术相结合，发现OpenTC工程中的TSS的假设干Bug和远程溢出安全漏洞v中国科学院软件所TCM、TSM测试v国内外尚没有可信计算平台测评的完整的理论、技术和测评系统报告提纲报告提纲一一总结总结1可信计算平台测评概念可信计算平台测评概念可信计算平台测评系统可信计算平台测评系统二二三三二、可信计算平台测评系统二、可信计算平台测评系统v测试依据测试依据TC

3、GTCG的标准的标准我国国家密码管理局制定的我国国家密码管理局制定的可信计算平台密码可信计算平台密码方案方案、可信计算密码支撑平台功能与接口标可信计算密码支撑平台功能与接口标准准和国信办主持制定的一系列可信计算技术标和国信办主持制定的一系列可信计算技术标准。准。v提出提出“一套框架多套技术一套框架多套技术测评对象：可信计算平台的主要可信特征测评对象：可信计算平台的主要可信特征测评层次：测评层次：TPMTPM，信任链，信任链，TSSTSS二、可信计算平台测评系统二、可信计算平台测评系统TCP测评测评可信计算平台安全测评原型系统可信计算平台安全测评原型系统可信计算平台安全标准标准一致性测试可信计算

4、平台安全标准标准一致性测试子系统子系统可信计算平台安全标准漏洞扫描测试可信计算平台安全标准漏洞扫描测试子系统子系统可信计算平台安全标准渗透性测试子可信计算平台安全标准渗透性测试子系统系统可信计算平台安全测评理论与技术可信计算平台安全测评理论与技术可信计算平台可信特征描述方法可信计算平台可信特征描述方法可信计算平台的测试方法可信计算平台的测试方法可信计算平台安全评估方法可信计算平台安全评估方法1 1、可信特征描述方法、可信特征描述方法信任链特征描述信任链特征描述 可信可信PC信任链交互模型信任链交互模型为了能够抽象出信任链标准中的角色进程，建为了能够抽象出信任链标准中的角色进程，建立不同角色之间

5、的交互关系，我们将可信计算立不同角色之间的交互关系，我们将可信计算平台抽象为三个实体：平台抽象为三个实体：可信平台模块可信平台模块TPMTPM可信度量根可信度量根RTMRTM软硬件所组成的系统软硬件所组成的系统SystemSystem1 1、可信特征描述方法、可信特征描述方法信任链特征描述信任链特征描述Cont.基于基于Biba模型的模型的TCG信任链安全性分析信任链安全性分析依据依据Biba模型将信任链中的节点分为主体和客体模型将信任链中的节点分为主体和客体根据信任链的传递次序给节点建立安全级别根据信任链的传递次序给节点建立安全级别将信任链中的度量操作、创立日志操作和迭代将信任链中的度量操作

6、、创立日志操作和迭代PCR操作转换为操作转换为“读、读、“写、写、“执行和执行和“追加操作追加操作分析信任链建立过程中是否存在违背安全规则的行为分析信任链建立过程中是否存在违背安全规则的行为1 1、可信特征描述方法、可信特征描述方法TPM 特征描述特征描述TPM应用编程接口安全模型应用编程接口安全模型v语法系统语法系统借助安全协议分析的思想，将借助安全协议分析的思想，将API的执行表征为一的执行表征为一组输入组输入/输出知识的逻辑公式集。输出知识的逻辑公式集。根据标准表述，提取与系统安全特征相关的知识集根据标准表述，提取与系统安全特征相关的知识集定义攻击者能力，通过定义攻击者能力，通过API调

7、用和离线密码运算得调用和离线密码运算得到内部保护的秘密。到内部保护的秘密。1 1、可信特征描述方法、可信特征描述方法TPM 特征描述特征描述Cont.v推理系统与自动证明推理系统与自动证明待验证的安全目标以定理的形式描述待验证的安全目标以定理的形式描述利用归结原理和反例搜索的方法，验证安全目标能利用归结原理和反例搜索的方法，验证安全目标能否在模型中成立，假设不成立，搜索结果即反映出否在模型中成立，假设不成立，搜索结果即反映出一组有效的攻击序列。一组有效的攻击序列。通过集成的可执行状态判决机制，在一定程序上缓通过集成的可执行状态判决机制，在一定程序上缓解了状态空间爆炸的问题。解了状态空间爆炸的问

8、题。1 1、可信特征描述方法、可信特征描述方法TSS特征描述特征描述TSSTSS要为可信计算平台的应用层提供完整性保护、身要为可信计算平台的应用层提供完整性保护、身份可信性认证、数据安全性保护等可信特征功能；份可信性认证、数据安全性保护等可信特征功能；通过对不同通过对不同TSSTSS的标准进行分析和抽取，定义出的标准进行分析和抽取，定义出TSSTSS的的可信特征；可信特征；遵照不同标准的遵照不同标准的TSSTSS产品实现机制会有不同，但只要产品实现机制会有不同，但只要TSSTSS能实现相对应可信特征功能，同样能到达安全的能实现相对应可信特征功能，同样能到达安全的要求。要求。2 2、可信计算平台

9、的测试方法、可信计算平台的测试方法信任链测试方法信任链测试方法基于标准的分层测试模型基于标准的分层测试模型基于系统层次的信任链测试结构划分基于系统层次的信任链测试结构划分基于动作约简的事件和状态测试基于动作约简的事件和状态测试信任链测试方法信任链测试方法Cont.v基于系统层次的信任链测试结构划分基于系统层次的信任链测试结构划分结合结合PC启动的一般流程，信任链的测试结构可划分为：启动的一般流程，信任链的测试结构可划分为：CRTM定义为信任链的最底层，它是完整性度量的起始点，也是事件定义为信任链的最底层，它是完整性度量的起始点，也是事件日志的创立者日志的创立者CRTM所创立的事件日志定义为中间

10、层，它是构建信任链的依据所创立的事件日志定义为中间层，它是构建信任链的依据事件所产生的平台状态定义为最高层，它决定信任传递的正确与否事件所产生的平台状态定义为最高层，它决定信任传递的正确与否2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法信任链测试方法信任链测试方法Cont.v基于动作约简的事件和状态测试基于动作约简的事件和状态测试依据依据RTM与与TPM,System之间的交互关系之间的交互关系通过交互关系建立通过交互关系建立System动作集合和信任链状态之间动作集合和信任链状态之间的有向图的有向图从测试的角度出发进行约简从测试的

11、角度出发进行约简,消去影响信任链测试的内消去影响信任链测试的内部动作和不可达状态部动作和不可达状态通过约简后的有向图得到适合信任链标准测试的测试通过约简后的有向图得到适合信任链标准测试的测试例集合例集合,并生成测试用例并生成测试用例,对信任链系统进行一致性测试对信任链系统进行一致性测试2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法信任链标准说明对应的信任链标准说明对应的LTS系统系统经过约简后得到的信任链经过约简后得到的信任链标准实现标准实现LTS系统系统信任链测试方法信任链测试方法Cont.v基于动作约简的事件和状态测试基于动作约简的事件和状态测试2 2、可信计算平台的测试方法、可信

12、计算平台的测试方法TPM测试方法测试方法基于特征提取的功能关联测试模型基于特征提取的功能关联测试模型基于功能划分的基于功能划分的TPMTPM测试结构测试结构基于特征提取的基于特征提取的TPMTPM基本功能依赖集合生成基本功能依赖集合生成基于状态机理论的标准一致性测试基于状态机理论的标准一致性测试 TPM测试方法测试方法Cont.v基于功能划分的基于功能划分的TPM测试结构测试结构根据标准定义的根据标准定义的TPM所必须具有的功能，将所必须具有的功能，将TPM功能横向划分为：功能横向划分为：将将TPM基本信息划分为最底层，它是其它所有功能的基础基本信息划分为最底层，它是其它所有功能的基础将将TP

13、M密码效劳划分为中间层，它为密码效劳划分为中间层，它为TPM可信效劳提供密码算法保障可信效劳提供密码算法保障将将TPM可信效劳划分为最高层，它为整个平台提供完整性和安全性的可信效劳划分为最高层，它为整个平台提供完整性和安全性的应用与保障应用与保障2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TPM测试方法测试方法Cont.v基于特征提取的基于特征提取的TPM基本功能依赖集合生成基本功能依赖集合生成根据提取的根据提取的TPM功能以及它们之间的关系，将提取的功能之功能以及它们之间的关系，将提取的功能之间的间的纵向关系纵向关系纵向关系纵向关系总结为基本功能依赖集，根据基本功能依赖集总结为基本

14、功能依赖集，根据基本功能依赖集扩展可得到所有功能的测试顺序。扩展可得到所有功能的测试顺序。2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法 TPM测试方法测试方法Cont.v基于状态机理论的标准一致性测试基于状态机理论的标准一致性测试根据提取的功能依赖性，对根据提取的功能依赖性，对TPM标准标准进行了状态机建模，通过比较测试时进行了状态机建模，通过比较测试时的状态机模型与的状态机模型与TPM标准的状态机模标准的状态机模型，判断被测试的型，判断被测试的TPM是否到达标准是否到达标准一致性。以下图为建立的一致性。以下图为建立的TPM正常运正常运行状态下局部状态机示意图。行状态下局部状态机示意

15、图。2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TSS测试方法测试方法基于反射机制的分层测试框架基于反射机制的分层测试框架TSSTSS测试的功能结构划分测试的功能结构划分基于反射机制的基于反射机制的TSSTSS测试框架测试框架基于静态分析与基于静态分析与FuzzingFuzzing的安全测试的安全测试2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TSS测试方法测试方法Cont.vTSS测试的结构划分测试的结构划分根据根据TSS标准所定义的内容划分测试的层次功能结构如下：标准所定义的内容划分测试的层次功能结构如下：TSP层测试层测试:包括上下文包括上下文管理测试、策略管理测试、

16、管理测试、策略管理测试、TPM管理测试、密钥管管理测试、密钥管理测试等；理测试等；TCS层测试层测试:包括密钥证包括密钥证书管理测试，事件管理测书管理测试，事件管理测试，参数块产生测试等；试，参数块产生测试等；TDDL层测试层测试:包括对包括对TDDL接口的测试。接口的测试。2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TSS测试方法测试方法Cont.v基于反射机制的基于反射机制的TSS测试框架测试框架不同不同TSS标准中定义的函数信息有差异，被测函数繁多且测试流程是动标准中定义的函数信息有差异，被测函数繁多且测试流程是动态组合的态组合的通过建立通用的程序框架，将被测函数的相关信息存入

17、数据库中，利用通过建立通用的程序框架，将被测函数的相关信息存入数据库中，利用Java反射机制调用被测试函数并获取相应参数信息；反射机制调用被测试函数并获取相应参数信息；测试程序有良好的通用性和扩展性。测试程序有良好的通用性和扩展性。2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TSS测试方法测试方法Cont.v静态分析符号执行与随机化测试静态分析符号执行与随机化测试Fuzzing测试测试分析测试可信软件栈分析测试可信软件栈TCG Software Stack,TSS设计与实现中的安全缺陷设计与实现中的安全缺陷与漏洞与漏洞基于基于TSS分层封装特点，针对分层封装特点，针对TSPI应用接口

18、与应用接口与TCSI网络接口的网络接口的API函数进行安全测函数进行安全测试。试。测试框架与测试用例的构造建立在对测试框架与测试用例的构造建立在对API序列语义分析与参数语法分析的基础上进行。序列语义分析与参数语法分析的基础上进行。测试方法兼顾程序静态分析与随机测试，通过具体的测试用例触发安全缺陷。测试方法兼顾程序静态分析与随机测试，通过具体的测试用例触发安全缺陷。2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法TSS测试方法测试方法Cont.v静态分析符号执行与随机化测试静态分析符号执行与随机化测试Fuzzing测试测试面向缺陷的软件自动化测试方法研究面向缺陷的软件自动化测试方法研究使

19、用符号执行使用符号执行+约束求解的方法自动遍历程序内部执行路径约束求解的方法自动遍历程序内部执行路径使用随机构造的测试用例配合符号执行，提高效率和准确性使用随机构造的测试用例配合符号执行，提高效率和准确性用断言和抽象解释的方法显式定义待检测缺陷的属性用断言和抽象解释的方法显式定义待检测缺陷的属性2 2、可信计算平台的测试方法、可信计算平台的测试方法3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统信任链测试信任链测试测试对象测试对象符合符合TCGTCG标准的可信计算平台：标准的可信计算平台：HP6400HP640

20、0、HP6230HP6230和和ThinkPad ThinkPad R61iR61i符合中国符合中国可信计算密码支撑平台功能与接口可信计算密码支撑平台功能与接口标准的国内标准的国内两种可信计算机两种可信计算机测试目标测试目标基于基于BibaBiba模型，对平台信任链的完整性进行评估模型，对平台信任链的完整性进行评估通过结果分析，对平台信任链的关键技术点进行评估，并判通过结果分析，对平台信任链的关键技术点进行评估，并判断各个测试平台对于可信计算平台标准的实现程度以及与标断各个测试平台对于可信计算平台标准的实现程度以及与标准的匹配程度准的匹配程度通过一致性测试和安全测试之间的映射关系，找出当前可信

21、通过一致性测试和安全测试之间的映射关系，找出当前可信计算平台存在的内部安全隐患计算平台存在的内部安全隐患信任链测试信任链测试局部测试界面局部测试界面3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统信任链测试信任链测试测试结果及分析测试结果及分析HP6400HP6400、HP6230HP6230、ThinkPad R61iThinkPad R61i和国内两种可信计算机的信任链实现程度分和国内两种可信计算机的信任链实现程度分别为：别为：81.82%81.82%，72.72%72.72%，18.18%18.18%，9.09%9.09%，9.09%9.09%被测装载被测装载TCG T

22、PM1.2TCG TPM1.2平台上基本已经实现了信任链的建立和传递过程平台上基本已经实现了信任链的建立和传递过程被测装载被测装载TCG TPM1.1TCG TPM1.1平台的大局部测试都不满足要求，仅提供了平台的大局部测试都不满足要求，仅提供了TPMTPM驱动和驱动和TPMTPM访问接口访问接口国内外一些被测样机，基本上没有实现信任链。国内外一些被测样机，基本上没有实现信任链。3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统 TPM 测试测试测试对象测试对象按照按照TCGTCG标准实现的可信平台模块：标准实现的可信平台模块：Infineon TPM 1.1Infineon

23、TPM 1.1和和Atmel TPM 1.2Atmel TPM 1.2按照中国按照中国可信计算密码支撑平台功能与接口可信计算密码支撑平台功能与接口标准的可信标准的可信平台模块：平台模块：某国产品牌样片某国产品牌样片测试目标测试目标基于状态机模型，对可信平台模块进行安全功能的标准一致基于状态机模型，对可信平台模块进行安全功能的标准一致性测试，总结各个功能模块的标准符合程度性测试，总结各个功能模块的标准符合程度通过结果分析，判断各个可信平台模块对于标准的匹配程度通过结果分析，判断各个可信平台模块对于标准的匹配程度3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统 TPM 测试测试局

24、部测试界面局部测试界面3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统 TPM 测试测试测试结果及分析测试结果及分析从统计结果可以看出：从统计结果可以看出：HP Infineon TPM 1.1HP Infineon TPM 1.1、ThinkPad Atmel TPM 1.2ThinkPad Atmel TPM 1.2和某国和某国产品牌样片的标准符合度分别为：产品牌样片的标准符合度分别为：92.66%92.66%、80.19%80.19%和和82.92%82.92%。3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统 TSS测试测试测试对象测试对象按照按照T

25、CGTCG标准实现的可信软件栈：标准实现的可信软件栈：Daonity TSS1.1Daonity TSS1.1测试目标测试目标对可信对可信软件栈软件栈进行安全功能的标准一致性测试，总结各个功进行安全功能的标准一致性测试，总结各个功能模块的标准符合程度能模块的标准符合程度通过结果分析，判断可信通过结果分析，判断可信软件栈软件栈对于标准的匹配程度对于标准的匹配程度3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统TSS测试界面测试界面局部测试界面局部测试界面3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统TSS测试测试测试结果及分析测试结果及分析参照TSS V1.

26、1标准，测试原型系统对Daonity 工程中的TSS进行了测试。比照测试通过的功能数和TCG标准定义的可信软件栈的功能数。三个功能模块：TSP、TCS 和 TDDL中通过的函数功能数的功能覆盖率为 81%。3 3、可信计算平台安全测评原型系统、可信计算平台安全测评原型系统报告提纲报告提纲一一总结总结 1可信计算平台测评概念可信计算平台测评概念可信计算平台测评系统可信计算平台测评系统三三二二三、总结三、总结v信任链测试现有产品尚不完全符合标准说明没有平台证书未实现MA驱动信任链安全机制需增强动态度量机密性保护vTPM测试大局部TPM芯片稳定性不高密码使用和密码管理功能相混杂大量的API复用内部的数据结构需要更加丰富的API支持相关应用vTSS测试设计之初就应该考虑安全问题类型安全边界检查互斥、原子操作标准一致性测试：易安全性测试：难谢谢！谢谢！演讲完毕，谢谢观看！