CN111177712A - 一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎，所述WebAssembly模型执行引擎包括函数解析、函数执行、内存管理、函数管理功能模块和接口；所述接口包括可信层接口和不可信层接口，可信层接口由Rust编译的初始化函数wasm_init、模型调用函数wasm_call、关闭函数wasm_close组成；可信层接口用于实现功能模块在SGX中执行具体的可信操作；不可信层接口由Rust编译的初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close和C语言编译的可信层的C头文件组成。C头文件用于申明初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close，函数init、call、close用于对应可信层代码的功能封装。本发明通过采用Intel SGX技术改造数据共享模型执行引擎，确保模型执行过程中数据不可被窃取，实现了一个可信的模型执行引擎。

Description

一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎
技术领域
本发明属于模型执行引擎设计领域，具体涉及一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎。
背景技术
目前的WebAssembly虚拟机直接运行在普通环境中，在没有额外保护的情况下执行WebAssembly模型。在云服务器等开放环境中，程序与数据运行在不可信环境，容易收到攻击，无法保证程序与数据的安全。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎，该WebAssembly模型执行引擎在可信环境中执行，能有效保证程序与数据的安全。
本发明采用的技术方案如下：一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎，所述WebAssembly模型执行引擎包括函数解析、函数执行、内存管理、函数管理功能模块和接口；所述接口包括可信层接口和不可信层接口，可信层接口由Rust编译的初始化函数wasm_init、模型调用函数wasm_call、关闭函数wasm_close组成；可信层接口用于实现功能模块在SGX中执行具体的可信操作；不可信层接口由Rust编译的初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close和C语言编译的可信层的C头文件组成。C头文件用于申明初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close，初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close用于对应可信层代码的功能封装。
进一步地，将WebAssembly模型执行引擎封装成SDK，便于外界的调用方便以及程序的可扩展性。
进一步地，所述初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close还可以用于实现功能模块中不需要在SGX中执行的功能执行。
本发明的有益效果是：本发明设计并实现了基于可信执行环境的隐私保护技术，通过采用Intel SGX技术改造数据共享模型执行引擎，确保模型执行过程中数据不可被窃取。具体的，我们用Intel SGX改造了WebAssembly虚拟机，实现了一个可信的模型执行引擎。增强了在不可信环境中数据共享的安全性和隐私性。
附图说明
图1为本发明执行引擎的整体架构设计示意图；
图2为接口结构示意图。
具体实施方式
WebAssembly模型执行引擎通常包括函数解析、函数执行、内存管理、函数管理功能模块和接口；目前的WebAssembly虚拟机直接运行在普通环境中，在没有额外保护的情况下执行WebAssembly模型。在云服务器等开放环境中，程序与数据运行在不可信环境，容易收到攻击，无法保证程序与数据的安全。为了赋予WebAssembly模型执行引擎可行性，我们用Intel SGX改造了WebAssembly虚拟机，根据SGX设计规范将接口包括可信层接口和不可信层接口，整体架构设计如图1所示，可信层接口用于实现功能模块在SGX中执行具体的可信操作；不可信层用于实现功能模块中不需要在SGX中执行的功能执行，以及对应可信层代码的功能封装。
接口设计的难点在于跨语言调用。开发Intel SGX可信应用需要用到Intel SGXSDK，而Intel SGX SDK是用Rust开发的，因此我们需要先将Rust开发的SGX可信库编译成C库，所以，该平台的开发会涉及到两种语言，先将Rust实现的SGX可信应用在C语言的帮助下编译成.so动态库。
具体的接口设计如图2所示，WebAssembly模型执行引擎接口(WASM TrustedLibrary)由可信层接口(Trusted)和不可信层接口(Untrusted)两部分组成。Trusted部分在SGX中实现WebAssembly模型执行引擎(WebAssembly VM)的初始化wasm_init()、模型调用wasm_call()、关闭wasm_close()，三个函数采用Rust编写。然后，Unstrusted部分对这三个函数做了一层封装，分别是init(),call(),close()。并编写了adaptor.h，它是WebAssembly VM可信库的C头文件，声明了WebAssembly VM可信层的接口，用以辅助生成.so动态链接库。最后，将整个WebAssembly模型执行引擎根据应用需求通过语言封装成SDK，即可方便供其他应用调用。本实施方式中，以Golang为例对整个WebAssembly模型执行引擎的接口进行详细阐述。在接口中，用C作为中转语言，通过用C语言编写的可信库的C头文件adapter.h即可实现在rust实现的执行引擎基础上开放Golang接口。具体来说，我们定义了需要暴露给Golang调用的两个虚拟机相关接口：
adapter.h
void init()；
void call(char*args,int input_len,char*result,int result_capacity,int*result_len)；
其中，close()可自动实现，无需定义。
接着，Golang的函数调用到C库后，C库调用wasm虚拟机的untrusted部分接口，以间接实现对trusted部分，也即sgx wasm虚拟机的调用。
trusted部分的初始化函数的接口调用设计如下：
Wasm.Init()
->C.Init()
->init_enclave()
->sgxwasm_init(enclave_id,retval)
trusted部分的调用合约函数的接口调用设计如下：
Figure BDA0002351689250000031
其中，sgxwasm_call()包括部署、加载和调用功能，具体地：
1.部署(deploy)
wasm的部署，将一个wasm文件部署到本地的BitXMesh节点上，此部分由外部应用发起调用，指定一个wasm文件的路径，经过部署过程后会将wasm文件放置的Enclave的bin目录下同时加载解析得到一个ABI JSON字符串。
sgx_enclave_wasm_deploy<P:AsRef<path::Path>>(path:P)->Result<String>
参数：path wasm的路径。
返回值：wasm exported callable function API的ABI，
该API是在untrusted部分执行的，该API会将指定的路径下的wasm文件加载到Enclave的bin目录下，同时将wasm加载解析，得到wasm module导出的外部可调用函数，后续使用者可以通过该ABI调用wasm的功能。
特别注意：wasm支持传入的参数只有整形(i32、i64)和浮点型(f32、f64)。
2.加载(load)
wasm的加载是将wasm二进制装载到Enclave内部，该过程首先会将wasm读成bytes数组，再加载到内部，加载可以提供一个名词，后续调用通过该名称即可调用。
Figure BDA0002351689250000032
参数：module wasm的bytes序列
name为该wasm指定模块名称
enclave外部Init Enclave返回的enclave结构
返回值：加载是否成功，以及错误消息(wasm格式错误、解释错误)
3.调用(Invoke)
wasm的调用是调用已经加载到Enclave的wasm函数。
Figure BDA0002351689250000041
参数：module名称
exported_field导出的函数名称
args调用参数
返回值：该调用返回的值RuntimeValue(也是4个)
最终通过Enclave内的wasm vm提供的invoke_export完成调用。
在untrusted部分的Call函数，称为stub，其他功能的调用都是通过该stub函数分发，参数如下：
Figure BDA0002351689250000042
参数调用时将相关参数序列化成json字符串。
本发明通过用Intel SGX技术改造WebAssembly模型执行引擎的接口，确保模型执行过程中数据不可被窃取。增强了在不可信环境中数据共享的安全性和隐私性。可用于开发可信数据共享平台等相关应用。

Claims (3)

1.一种基于TEE的WebAssembly模型执行引擎，所述WebAssembly模型执行引擎包括函数解析、函数执行、内存管理、函数管理功能模块和接口；其特征在于，所述接口包括可信层接口和不可信层接口，可信层接口由Rust编译的初始化函数wasm_init、模型调用函数wasm_call、关闭函数wasm_close组成；可信层接口用于实现功能模块在SGX中执行具体的可信操作；不可信层接口由Rust编译的初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close和C语言编译的可信层的C头文件组成。C头文件用于申明初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close，初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close用于对应可信层代码的功能封装。
2.根据权利要求1所述的WebAssembly模型执行引擎，其特征在于，将WebAssembly模型执行引擎封装成SDK。
3.根据权利要求1所述的WebAssembly模型执行引擎，其特征在于，所述初始化函数init、模型调用函数call、关闭函数close还可以用于实现功能模块中不需要在SGX中执行的功能执行。
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