CN104715208A - 一种基于tpm芯片的平台完整性校验方法 - Google Patents

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许鑫
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Abstract

本发明公开了一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法，属于完整性校验方法领域。该方法将平台完整性与TPM密钥的可用性绑定在一起，内核文件由TPM芯片产生的密钥进行加密，密钥的可用性直接决定内核文件是否能被解密加载。与现有技术相比，本发明方法将平台的完整性与密钥绑定，平台遭受篡改则意味着密钥无法被用于解密内核文件；同时，在生成策略时，管理员可选择保存策略数据，当平台完整性受到破坏时，管理员可以用策略数据正常启动OS，给了用户更大的灵活性，具有很好的推广应用价值。

Description

一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法
技术领域
本发明涉及一种完整性校验方法，具体地说是一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法。
背景技术
所谓完整性校验，其实是一比对过程，将当前信息与提供的、被认为是完整的信息比对，如果一致，则认为当前信息完整，否则，则认为当前信息受到了篡改。搭配有TPM芯片的平台可以利用TPM芯片中的PCR（Platform Configuration Register，平台配置寄存器）的扩展功能（Extend），将将要执行部分的摘要值扩展至PCR，因此，可以建立从BIOS到BootLoader最后到OS的一条完整的度量链来反映当前平台的信息。
在传统的完整性校验过程中，首先由用户建立完整的信息，将其存储起来，每次系统启动，读取指定PCR的值获得当前平台信息，将其与完整的信息比对来完成完整性校验。这一过程有两大安全风险，一是完整性信息的存放，二是校验的环境。如果完整性信息被篡改，或是校验过程受到监听或是攻击，则这一过程将不再安全，系统的完整性也得不到保障。
发明内容
本发明的技术任务是针对上述现有技术暴露的安全隐患，提供一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法。
本发明的技术任务是按以下方式实现的：一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法，其特点是将平台完整性与TPM密钥的可用性绑定在一起，内核文件由TPM芯片产生的密钥进行加密，密钥的可用性直接决定内核文件是否能被解密加载。
作为优选，密钥授权策略以文件形式保存，在平台完整性受到破坏时，可选择以password的方式授权使用密钥。
TPM芯片中有专用密码学模块，完成数据的加密解密，可以防止外部恶意程序监测加解密过程。同时，TPM采用“存储保护对象体系”，任何存放到芯片外部的对象在生成时都会有一个保护密钥，密钥的敏感数据会受到该密钥的加密保护。因此TPM生成的密钥的敏感数据可以受到芯片的保护防止被外部获取。
优选TPM2.0芯片。TPM2.0中引入了增强型授权（Enhanced Authorization），可以利用当前PCR的值作为对象的授权值。如果当前平台环境与密钥生成时的环境不一样，则授权失败，无法使用密钥来解密内核文件，无法启动OS。
作为优选，上述方法包括以下步骤：
(一) 根据用户需求选择PCR，根据当前平台中的PCR值生成授权策略；
（二）以Owner的身份创建用于加密密钥的父密钥；
（三）创建加密密钥symKey，密钥的授权值设为步骤（一）中获得的授权策略，并将生成的密钥加载至TPM中；
（四）利用symKey来加密Linux的内核文件；
（五）系统重启，如果平台的完整性未受到破坏，BootLoader可使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导；如果平台完整性受到破坏， BootLoader无法使用symKey解密被加密的内核文件，OS无法启动。
步骤（五）中，如果平台完整性受到破坏，可输入授权策略，如果输入的授权策略正确，BootLoader使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导。
作为优选，用于实现上述方法的平台完整性校验方法模块包括：（1） PCR授权策略模块；（2） 密钥生成模；（3） 内核文件加密、解密模块。其中：
（1）PCR授权策略模块：可根据用户需求选择PCR，根据当前平台中的PCR值生成授权策略；
（2）密钥生成模块：密钥的授权值与当前平台信息绑定，只有平台的状态与密钥生成时的状态一致，密钥才能被使用；
（3）内核文件加密、解密模块：使用TPM生成的密钥加密、解密文件，TPM芯片使用“存储对象保护体系”保护密钥的完整性，通过授权来控制密钥的可用性。
与现有技术相比，本发明的基于TPM芯片的平台完整性校验方法利用TPM的增强型授权将平台的完整性与密钥绑定，平台遭受篡改则意味着密钥无法被用于解密内核文件。同时，在生成策略时，管理员可选择保存策略数据，当平台完整性受到破坏时，管理员可以用策略数据正常启动OS，给了用户更大的灵活性。
附图说明
附图1是本发明基于TPM芯片的平台完整性校验方法的流程图。
具体实施方式
参照说明书附图以具体实施例对本发明的基于TPM芯片的平台完整性校验方法作以下详细地说明。
实施例：
如附图1所示，本发明的基于TPM芯片的平台完整性校验方法，包括以下步骤：
（1）获取TPM芯片的所有者权限。
（2）开始一个TPM_SE_POLICY类型的授权会话policySession，利用PolicyPCR命令将当前所需的PCR值扩展至policySession ->policyDigest。
（3） 利用PolicyGetDigest命令获取含有当前PCR信息的授权策略。
（4）以Owner的身份创建一个Primary Object作为加密密钥的父密钥（保护密钥）。
（5）创建加密密钥symKey，密钥的授权值设为第三步中获得的授权策略，将生成的密钥加载至TPM中。
（6）开始一个TPM_SE_POLICY类型的授权会话policySession1，利用PolicyPCR命令将第一步中选定的PCR值扩展至policySession1->policyDigest，由于在此过程中PCR的值未受到篡改，policySession1->policyDigest与symKey的授权值一致，可以利用symKey来加密Linux的内核文件。
（7）系统重启，BootLoader开启一个TPM_SE_POLICY类型的授权会话policySession2，PolicyPCR命令将第一步中选定的PCR值扩展至policySession2->policyDigest，如果平台的完整性未受到破坏，则policySession2->policyDigest与symKey的授权值一致，BootLoader可使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导。如果平台完整性受到破坏，则policySession2->policyDigest与symKey的授权值不一致，BootLoader无法使用symKey解密被加密的内核文件，OS无法启动；或者输入授权策略，如果输入的授权策略正确，BootLoader使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导。
下面，以特定TPM安全芯片对本发明方法进行进一步的详细说明。
选用国民技术的Z32H320TC安全芯片，在TPM_RH_OWNER等级下生成RSA算法的Primary Object—obj1，生成的obj1的敏感数据不被返回，obj1无需使用TPM2_Load加载。
使用TPM2_StartAuthSession命令开启一个授权会话，会话的类型TPM_SE_POLICY，该命令执行成功后会返回会话句柄sessionHandle1。
向TPM芯片发送TPM2_PolicyPCR命令，该命令中policySession使用sessionHandle1，TPML_PCR_SELECTION选择PCR1，PCR2，PCR4。
向TPM芯片发送TPM2_PolicyGetDigest命令，policySession选择sessionHandle1，该命令执行成功后返回policyDigest1，将其保存。
使用TPM2_Create命令，以obj1为父密钥创建一个SM4的对称密钥symKey1，其inSensitive中的userAuth和inPublic中的authPolicy设为policyDigest1，密钥创建成功后将返回symKey1的公开数据outPublic和私有数据outPrivate，将这两个部分作为TPM2_Load命令的参数传递给TPM芯片，执行成功后symKey1被加载进TPM芯片，返回symKey1的句柄keyHandle1。
使用TPM2_StartAuthSession命令开启一个授权会话，会话的类型为TPM_SE_POLICY，命令执行成功后返回会话句柄sessionHandle2。
向TPM芯片发送TPM2_PolicyPCR命令，该命令中的policySession使用sessionHandle2，TPML_PCR_SELECTION选择PCR1，PCR2，PCR4。
用TPM2_EncryptDecypt加密内核文件，命令中的keyHandle使用keyHandle1，授权回话的句柄选择sessionHandle2，decrypt选择NO。
修改BootLoader的配置文件，将symKey1和被加密的内核文件加入如其中。
系统重启后，在BootLoader引导内核文件之前，使用TPM2_Load命令将symKey1加载至TPM芯片中，成功执行后返回密钥的句柄keyHandle2。
使用TPM2_StartAuthSession命令开启一个授权会话，会话的类型为TPM_SE_POLICY，命令执行成功后返回会话句柄sessionHandle3。向TPM芯片发送TPM2_PolicyPCR命令，该命令中的policySession使用sessionHandle3，TPML_PCR_SELECTION选择PCR1，PCR2，PCR4。如果PCR1，PCR2，PCR4中的与生成密钥symKey1时相同，则在TPM2_EncryptDecypt命令中可以使用symKey1来解密内核文件，否则会返回授权失败的错误。
内核文件解密成功后系统可以正常加载。

Claims (4)

1.一种基于TPM芯片的平台完整性校验方法，其特征在于：该方法将平台完整性与TPM密钥的可用性绑定在一起，内核文件由TPM芯片产生的密钥进行加密，密钥的可用性直接决定内核文件是否能被解密加载。
2.根据权利要求1所述的基于TPM芯片的平台完整性校验方法，其特征在于：密钥授权策略以文件形式保存，在平台完整性受到破坏时，可选择以password的方式授权使用密钥。
3.根据权利要求1所述的基于TPM芯片的平台完整性校验方法，其特征在于：包括以下步骤：
(一) 根据用户需求选择PCR，根据当前平台中的PCR值生成授权策略；
（二）以Owner的身份创建用于加密密钥的父密钥；
（三）创建加密密钥symKey，密钥的授权值设为步骤（一）中获得的授权策略，并将生成的密钥加载至TPM中；
（四）利用symKey来加密Linux的内核文件；
（五）系统重启，如果平台的完整性未受到破坏，BootLoader可使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导；如果平台完整性受到破坏， BootLoader无法使用symKey解密被加密的内核文件，OS无法启动。
4.根据权利要求3所述的基于TPM芯片的平台完整性校验方法，其特征在于：步骤（五）中，如果平台完整性受到破坏，可输入授权策略，如果输入的授权策略正确，BootLoader使用symKey解密被加密的内核文件，完成OS的引导。
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