CN109241747A - 可信部件更新系统和方法 - Google Patents

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V·Y·阿利
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Abstract

一种可信部件更新系统(10)，包括：验证逻辑(111)，其被配置成证实对计算装置(121)的可信部件(90)的更新的完整性；以及逻辑(104)，其被布置在所述可信部件(90)中并且被配置成证实所述验证逻辑(111)的完整性。

Description

可信部件更新系统和方法
本申请是申请日为2008年3月7日，国际申请号为PCT/US2008/003188，国家申请号为200880011964.9，题为“可信部件更新系统和方法”的发明专利申请的分案申请。
背景技术
计算机制造商通常需要一种更新可信部件(例如基本输入/输出系统(BI0S)闪存)的内容的方式，以修正错误和/或提供新的能力。然而，使得BIOS闪存或其他可信部件能够被修改会致使可信部件易于受到恶意的或未授权的逻辑的破坏。
附图说明
为了更完全地理解本申请及其目标和优点，现在结合附图参考下列描述，其中：
图1是图解可信部件更新系统的实施例的图；以及
图2是图解可信部件更新方法的实施例的图。
具体实施方式
图1是图解可信部件更新系统10的实施例的图。更新系统10使得可信部件能够验证对可信部件所提议的更新是由之前已被识别为可信源的源提供的，并且所提议的可信部件更新没有被窜改。在图1中图解的实施例中，更新系统10包括具有可信部件90、中央处理单元(CPU)120和系统存储器110的计算系统121。在图1中，可信部件90包括固件存储器100，例如固件闪存。计算系统121可以包括笔记本计算机、台式计算机、服务器、游戏装置、音频装置、视频装置或包含可信部件的任何类型的装置。在图1中，当计算系统121首次通电、重新启动和/或重置时，固件存储器100为计算系统121提供启动(boot-up)功能。例如，固件存储器100可以在CPU 120开始执行指令的时间之前初始化CPU 120的配置，例如通过启用和/或禁用CPU 120的某些能力以及设置CPU 120中的时钟速率来初始化CPU120的配置。
在图1中图解的实施例中，计算系统121包括两个存储器部分，它们由“信任”分开并且通常分开地驻留在所制造的部件中。例如，在一些实施例中，固件存储器100是包括可信存储器引导块102的闪存(例如当计算系统121首次通电、重新启动和/或重置时用于为计算系统121提供启动功能)，而存储器110可能不包括可信存储器和/或可以包括非固件存储器。但是，应该理解，可信存储器还可以驻留在不同于固件存储器100的位置中。如此处所使用的，“信任”或“可信”意味着对在由计算硬件和/或软件强加的预定义规则集内的一致操作的预期，例如如在TCG规范体系结构总体规范(specification Architecture OverviewSpecification)，修订版1.2(可信计算组，2004)中阐述的“信任”的定义。例如，确保在计算系统121中的某个存储器部分(诸如固件存储器100的引导块102)的内容仅包含由先前识别的源(定义为可信源)产生的信息使得能够信任系统部件的该某个部分。
固件存储器100耦合到用于执行启动操作的CPU 120并且耦合到用于读取由固件存储器100使用的数据的存储器110。在图1中图解的实施例中，固件存储器100包括非易失性闪存。在一些实施例中，固件存储器100包括基本输入/输出系统(BIOS)。在一些实施例中，固件存储器100包括可扩展固件接口(EFI)或统一EFI(UEFI)。但是，应该理解，固件存储器100可以包括为计算系统提供启动功能性的任何系统。存储器110可以包括易失性存储器、非易失性存储器和永久存储装置(诸如数字媒体驱动器(DMD))。在图1中图解的实施例中，计算系统121被示出为包括单个CPU 120，但是应该理解可以使用更多数量的CPU。
在图1中图解的实施例中，固件存储器100包括引导块102。引导块102通常是当计算系统121首次通电、重新启动和/或重置时在固件存储器100中执行的初始逻辑。引导块102是可信逻辑，因为引导块102被锁定在固件存储器100中，并且在正常的计算系统121工作期间被保护而免于更新(即引导块102被来自可信源的可信方法更新，该可信源例如可以通过密码方法被证实)。
可信系统和可信方法是具有足够安全级别以防止对可信存储器的内容的未授权改变的系统和方法。例如，可信系统和可信方法可以使用强大的安全方法，例如包括RSA验证、椭圆曲线密码学(ECC)、数字签名算法(DSA)、安全散列(hash)算法1(SHA-1)和SHA-2的密码算法以确保可信源生成一定的数字文件和/或确保自从可信源生成该数字文件以来该数字文件没有被改变或窜改。可信系统和可信方法确保在使用该数字文件修改可信存储器之前该数字文件可被信任。以这种方式，未由可信源授权的逻辑以及病毒不能进入(keepout of)可信存储器，即使可信存储器是可修改的也是如此。
在图1中图解的实施例中，引导块102包括初始化逻辑103、散列逻辑104、散列值105、引导指令106和更新逻辑114。初始化逻辑103包括在固件存储器100的引导块102中被处理和/或运行的逻辑、数据和指令。通常，当固件存储器100完成对在引导块102中找到的和/或由引导块102引用(rererence)的指令的处理时，固件存储器100在将对计算系统121的控制转移到操作系统之前可以执行任何其他启动程序。更新逻辑114包括用于重写固件存储器100的各部分(例如引导块102)的可运行指令。
运行散列逻辑104以通过执行散列函数来验证数字文件的完整性，该散列函数是数学运算，其产生散列值作为结果。在一些实施例中，散列逻辑104包括SHA-1算法，不过可以可替换地或附加地使用其他散列函数。散列值105是先前计算的完整性证实值，其是用于证实数字文件(例如可运行的计算机程序)没有被窜改的数值。在运行中，在数字文件上运行散列逻辑104以便计算散列值，该散列值与存储在固件存储器100中的散列值105相比较。因此，如果所计算的散列值对应于散列值105和/或以其他方式匹配散列值105，则该数字文件被认为是可信赖的。散列逻辑104和散列值105被存储在驻留在固件存储器100中的引导块102中。在一些实施例中，当计算系统121被制造、整修(refurbish)、更新或修理时散列逻辑104和散列值105最初被放置在引导块102中。因此，更新系统10能够将信任从引导块102延伸到存储在固件存储器100之外的数字文件，从而创建信任链。
在图1中图解的实施例中，存储器110包括验证逻辑111和签名的更新112。签名的更新112包括由可信方(例如计算系统121的制造商)提议的用于可信部件90的更新，例如用于引导块102的更新。例如，签名的更新112可以包括在更新数据116中表示的错误修正(bugfix)。验证逻辑111包括包含有签名验证数据113的数据、逻辑和指令，以验证签名的更新112是由可信源(例如计算系统121的制造商或计算机网络管理员)产生的，并且进一步地验证签名的更新112自从被生成以来没有被窜改。散列逻辑104和验证逻辑111的每一个包括用于信任验证的手段。但是，验证逻辑111可以是可信的，即使存储在可信固件存储器100的外部，因为散列逻辑104使得固件存储器100能够将信任从固件存储器100延伸到验证逻辑111。通过使验证逻辑111能够独立地计算在签名的更新112中的数字签名115的某些部分，来将签名验证数据113用于完整性验证(例如确保没有窜改)和起源验证(例如确保先前识别的可信源是生产者)。在图1中图解的实施例中，验证逻辑111被布置在系统存储器110中和/或可以从系统存储器110运行。但是，应该理解，在一些实施例中，验证逻辑110可以驻留在固件存储器100中并且从固件存储器100运行。
在一些实施例中，数字签名115包括由签名的更新112的创作者附接到签名的更新112的字母数字序列，其唯一地识别创作者并且还提供利用散列算法来确保文件完整性的基础。签名验证数据113是验证逻辑111用来使用数字签名115和签名的更新112的其他部分来执行独立计算的数据。例如，在一些实施例中，签名验证数据113包括通过可信方的私有密钥签名和/或加密的更新数据116的散列。验证逻辑111对签名的更新112的至少一部分(例如更新数据116)进行散列运算，解密数字签名115并且确定更新数据116的散列是否对应于解密的数字签名115。如果这两个值相对应，则签名的更新112被认为是由可信方创作的文件的经过验证的复制，该文件自从被生成以来没有被窜改。在一些实施例中，验证逻辑111包括RSA验证，其是适合于数字签名验证的算法。
更新数据116包括被用来修改固件存储器100的内容(例如引导块102、散列逻辑104、散列值105以及引导指令106的内容)的信息。在一些实施例中，签名的更新112可以进一步或可替换地包括用于验证逻辑111的修改信息。在一些实施例中，签名的更新112包括能够在不使用更新逻辑114的情况下修改引导块102的内容的可运行补丁程序(patchprogram)。
在更新系统10的工作的一些实施例中，计算系统121的制造商或其他实体生成具有签名验证数据113的验证逻辑111，该签名验证数据113唯一地将该实体识别为用于固件存储器100的将来更新的可信源。该实体利用散列逻辑104的副本对所有或一部分验证逻辑111进行散列运算以计算散列值105。散列逻辑104、散列值105以及引导指令106被存储在固件存储器100内的引导块102中，并且验证逻辑111被存储在存储器110中。在一些实施例中，每次计算系统121启动时，引导指令106都搜索更新(例如签名的更新112)可用和/或等待(例如在存储器110、硬盘或其他存储介质中等待)被用于修改固件存储器100的内容的指示。例如，在计算系统121的先前使用期间，该实体可能已通过计算机网络发送电子消息，以将签名的更新112放置在存储器110中。
如果找到了签名的更新112，则散列逻辑104通过对所有或一部分验证逻辑111进行散列运算以及比较该散列运算的结果和散列值105以确保验证逻辑111没有被窜改来证实验证逻辑111的完整性。如果验证逻辑111是有效的(即基于验证逻辑111的散列值对应于散列值105，验证逻辑111被认为是没有被窜改的)，则引导块102使得运行验证逻辑111以使用签名验证数据113验证数字签名115的来源。例如，在一些实施例中，验证逻辑111被用来通过使用密码方法(例如RSA数字签名验证算法)来验证与签名的更新112相关联的数字签名文件(例如数字签名115)。因此，在一些实施例中，数字签名115表示已被可信方的私有密钥加密的更新数据116的至少一部分的预计算的散列值。在运行中，验证逻辑111解密数字签名115(例如使用签名验证数据113，诸如与可信方的私有密钥成对的公共密钥)，对更新数据116的对应部分进行散列运算，并且将所计算的散列值与解密的数字签名115相比较。如果数字签名115的验证是成功的，则引导块102运行更新逻辑114以使用更新数据116修改固件存储器100(例如引导块102)的内容。因此，系统10的实施例使得制造商或其他可信实体能够修正错误和/或以其他方式修改固件存储器100，同时最小化了未授权实体对固件存储器100的未授权的或恶意的改变的风险。
图2是图解可信固件存储器更新方法200的实施例的图。参考图1的更新系统10来描述方法200，但是应该理解方法200可以与可替换的实施例一同使用。
在块201处，引导块102确定签名的更新112是否存在(例如存在于存储器110中或其他地方)。如果不存在签名的更新112，则方法进行到块222，在此处引导块102继续引导计算系统121。如果签名的更新112可用或存在，则在块204处引导块102、散列逻辑104对验证逻辑111进行散列运算以产生新计算的散列值。在块206处，将新计算的散列值与存储在固件存储器100中的散列值105进行比较以确定验证逻辑111的有效性。如果在判断块208处，新计算的散列值不对应于散列值105，则将不用这样的更新来更新可信部件90，并且引导块102在块222处改为继续引导计算系统121。如果在判断块208处新计算的散列值对应于散列值105，则方法进行到块212。
在块212处，验证逻辑111被运行并且被用于通过对更新数据116进行散列运算来验证签名的更新112的数字签名。在块214处，验证逻辑111使用签名验证数据113来解密数字签名115，并且在块216处将更新数据116的散列和解密的数字签名115进行比较。如果在判断块218处更新数据116的散列不对应于解密的数字签名115，则签名的更新112的数字签名不被验证，并且这样的更新将不被加载、安装或实施，而引导块102在块222处改为继续引导计算系统121。如果在判断块218处，更新数据116的散列与解密的数字签名115的确匹配，则签名的更新112的数字签名被认为是验证为有效的，并且在块220处通过运行更新逻辑114来利用更新数据116更新可信部件90。在块222处，引导块102继续引导计算系统121。
因此，更新系统10的实施例使得能够对可信存储器进行现场更新。应该理解，在所描述的方法中，某些功能可以被省略，以不同于图2所描绘的顺序完成或者同时执行。而且，应该理解，在图2中描绘的方法可以被改变以包括说明书其他地方所描述的任何其他特征或方面。此外，实施例可以以软件实施并且可以被适配成在不同的平台和操作系统上运行。特别地，由逻辑104、逻辑111和逻辑114实施的功能例如可以被提供为可运行指令的有序列表，其可以被包括在任何计算机可读介质中以由指令运行系统、设备或装置使用或结合所述指令运行系统、设备或装置使用，所述指令运行系统、设备或装置例如基于计算机的系统、包含处理器的系统或能够从指令运行系统、设备或装置取出指令并运行这些指令的其他系统。在本文件的上下文中，“计算机可读介质”可以是可以包含、存储、传送、传播或传输程序以由指令运行系统、设备或装置使用或结合指令运行系统、设备或装置使用的任何装置。所述计算机可读介质例如可以是但不限于电子的、磁的、光学的、电磁的、红外的或半导体系统、设备、装置或传播介质。

Claims (10)

1.一种可信部件更新系统(10)，包括：
验证逻辑(111)，其被配置成证实对计算装置(121)的可信部件(90)的更新的完整性；以及
逻辑(104)，其被布置在所述可信部件(90)中并且被配置成证实所述验证逻辑(111)的完整性。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中在所述可信部件(90)中的逻辑(104)被配置成对所述验证逻辑(111)的至少一部分进行散列运算以证实所述验证逻辑(111)的完整性。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中在所述可信部件(90)中的逻辑(104)被配置成对所述验证逻辑(111)的至少一部分进行散列运算并且将所述散列运算的结果与存储在所述可信部件(90)中的预定散列值(105)进行比较。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述验证逻辑(111)被配置成证实与所述更新相关联的签名(115)的完整性。
5.根据权利要求1所述的系统(10)，其中所述验证逻辑(111)被配置成对所述更新的至少一部分进行散列运算以证实所述更新的完整性。
6.一种可信部件更新方法，包括：
使用验证逻辑(111)证实对计算装置(121)的可信部件(90)的更新的完整性；以及
使用布置在所述可信部件(90)中的逻辑(104)证实所述验证逻辑(111)的完整性。
7.根据权利要求6所述的方法，其中证实所述更新的完整性包括证实与所述更新相关联的签名(115)的完整性。
8.根据权利要求6所述的方法，其中证实所述验证逻辑(111)的完整性包括对所述验证逻辑(111)的至少一部分进行散列运算。
9.根据权利要求6所述的方法，其中证实所述验证逻辑(111)的完整性包括对所述验证逻辑(111)的至少一部分进行散列运算并且将所述散列运算的结果与存储在所述可信部件(90)中的预定散列值(105)进行比较。
10.根据权利要求6所述的方法，其中证实所述更新的完整性包括对所述更新的至少一部分进行散列运算。
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