CN112446029A - 可信计算平台 - Google Patents

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江永渡
程德生
江峰
赵志武
张鹤
吴朝阳
陈瑞锁
余星
付安雷
张皓洁
吕玲
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China Soft Hangzhou Anren Network Communication Co ltd
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China Soft Hangzhou Anren Network Communication Co ltd
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F21/00Security arrangements for protecting computers, components thereof, programs or data against unauthorised activity
    • G06F21/50Monitoring users, programs or devices to maintain the integrity of platforms, e.g. of processors, firmware or operating systems
    • G06F21/57Certifying or maintaining trusted computer platforms, e.g. secure boots or power-downs, version controls, system software checks, secure updates or assessing vulnerabilities

Abstract

本发明提供一种可信计算平台,包括可信芯片、可信操作系统、可信软件基和可信管理中心,所述可信芯片用于存储支撑可信度量、可信存储、可信报告的密钥和关键信息;所述可信软件基用于利用所述可信芯片的特性,为应用和系统软件的运行建立可信的计算和互联环境,并将可信计算功能的接口提供给应用和操作系统使用;所述可信操作系统用于通过调用所述可信软件基提供的可信支撑接口,实现对自身功能的可信增强;所述可信管理中心用于对系统内各计算节点的统一管理和可信互联进行控制,以及进行策略统一制定下发、资源统一管理和审计信息统一收集分析。本发明能够建立基于可信计算的主动防御安全防护体系,从源头上解决信息系统所面临的安全风险。

Description

可信计算平台
技术领域
本发明涉及大数据技术领域,尤其涉及一种可信计算平台。
背景技术
政府大数据产业,是指以政府为主体的大数据应用产业,通过对数据采集 整理,描绘出数字化的社会全景图,并通过对数据的分析,研究社会运转模式、 规律,洞悉社会问题和国际安全问题,帮助政府工作高效化、科学化开展,维 护国家安全。政府大数据产业对各国的社会影响深远而广泛,在大数据应用领 域中占据着重要地位。
在大数据应用中,如何对信息系统进行安全防护是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明提供的可信计算平台,能够建立基于可信计算的体系化的主动防御 安全防护体系,从源头上解决信息系统在启动、运行过程中所面临的安全风险。
第一方面,本发明提供一种可信计算平台,所述可信计算平台包括可信芯 片、可信操作系统、可信软件基和可信管理中心,其中,
所述可信芯片,用于存储支撑可信度量、可信存储、可信报告的密钥和关 键信息;
所述可信软件基,用于利用所述可信芯片的特性,为应用和系统软件的运 行建立可信的计算和互联环境,并将可信计算功能的接口提供给应用和操作系 统使用;
所述可信操作系统,用于通过调用所述可信软件基提供的可信支撑接口, 实现对自身功能的可信增强;
所述可信管理中心,用于对系统内各计算节点的统一管理和可信互联进行 控制,以及进行策略统一制定下发、资源统一管理和审计信息统一收集分析。
可选地,所述可信芯片,还用于执行部分密码运算。
可选地,所述可信软件基,还用于通过与所述可信操作系统的融合,完成 对所述可信操作系统核心态行为的度量,进一步掌握所述可信操作系统内核自 身运行状态的可信性。
可选地,所述可信管理中心,还用于从策略层将TPCM和TPM2.0两条技 术路线融合,形成异构环境下全局策略统一的安全防护体系。
可选地,所述可信管理中心包括安全管理子系统、审计子系统、系统管理 子系统和密码管理子系统。
可选地,所述安全管理子系统包括安全管理模块和策略服务模块,所述安 全管理模块用于进行基准值管理、标记管理、授权管理、策略管理和连接管理, 所述策略服务模块用于为所述安全管理模块中的管理操作提供策略服务。
可选地,所述审计子系统包括态势分析模块、审计管理模块、状态监控模 块和审计服务模块,所述审计服务模块用于为所述态势分析模块、审计管理模 块和状态监控模块的操作提供审计服务。
可选地,所述系统管理子系统包括系统管理模块和系统管理服务模块,所 述系统管理模块用于进行用户身份管理、资源管理、应急处理和提供可信软硬 件库,所述系统管理服务模块用于为所述系统管理模块中的管理操作提供系统 管理服务。
可选地,所述密码管理子系统包括密码管理模块和密码管理服务模块,所 述密码管理模块用于进行密码配置、证书服务和密钥管理,所述密码管理服务 模块用于为所述密码管理模块中的管理操作提供密码管理服务。
本发明实施例提供的可信计算平台,通过建立统一的体系架构,接口、协 议和数据结构规范,可以构建对系统组件的统一安全管理及组件间的动态联动 机制,实现系统安全态势综合分析、实时响应和体系化防御,并能够根据不同 的安全需求进行扩展,满足系统对可信计算支撑、保障、管理机制等的需求, 建立体系化的主动防御安全防护体系,从源头上解决信息系统在启动、运行过 程中所面临的安全风险。
附图说明
图1为本发明实施例提供的可信计算平台的结构框图;
图2为本发明实施例提供的基于可信计算的安全防护体系的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明 实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然, 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发 明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种可信计算平台,如图1所示,所述可信计算平台包 括可信芯片、可信操作系统、可信软件基和可信管理中心,其中,
所述可信芯片,用于存储支撑可信度量、可信存储、可信报告的密钥和关 键信息;
所述可信软件基,用于利用所述可信芯片的特性,为应用和系统软件的运 行建立可信的计算和互联环境,并将可信计算功能的接口提供给应用和操作系 统使用;
所述可信操作系统,用于通过调用所述可信软件基提供的可信支撑接口, 实现对自身功能的可信增强;
所述可信管理中心,用于对系统内各计算节点的统一管理和可信互联进行 控制,以及进行策略统一制定下发、资源统一管理和审计信息统一收集分析。
可选地,所述可信芯片,还用于执行部分密码运算。
可选地,所述可信软件基,还用于通过与所述可信操作系统的融合,完成 对所述可信操作系统核心态行为的度量,进一步掌握所述可信操作系统内核自 身运行状态的可信性。
可选地,所述可信管理中心,还用于从策略层将TPCM和TPM2.0两条技 术路线融合,形成异构环境下全局策略统一的安全防护体系。
可选地,所述可信管理中心包括安全管理子系统、审计子系统、系统管理 子系统和密码管理子系统。
可选地,所述安全管理子系统包括安全管理模块和策略服务模块,所述安 全管理模块用于进行基准值管理、标记管理、授权管理、策略管理和连接管理, 所述策略服务模块用于为所述安全管理模块中的管理操作提供策略服务。
可选地,所述审计子系统包括态势分析模块、审计管理模块、状态监控模 块和审计服务模块,所述审计服务模块用于为所述态势分析模块、审计管理模 块和状态监控模块的操作提供审计服务。
可选地,所述系统管理子系统包括系统管理模块和系统管理服务模块,所 述系统管理模块用于进行用户身份管理、资源管理、应急处理和提供可信软硬 件库,所述系统管理服务模块用于为所述系统管理模块中的管理操作提供系统 管理服务。
可选地,所述密码管理子系统包括密码管理模块和密码管理服务模块,所 述密码管理模块用于进行密码配置、证书服务和密钥管理,所述密码管理服务 模块用于为所述密码管理模块中的管理操作提供密码管理服务。
下面对本发明实施例可信计算平台进行详细说明。
如图1所示,可信计算平台是实现了可信度量、可信存储、可信报告核心功 能,对下层硬件平台抽象屏蔽异构差异、对上层软件调用接口进行封装简化使 用的可信芯片、BIOS、操作系统、可信软件基、可信管理中心等一系列具有可 信计算功能的硬件、软件和固件的总称。
考虑到未来可信计算产品的应用模式和当前社会的产业基础,本发明实施 例提供的可信计算平台主要由可信芯片、可信操作系统、可信软件基、可信管 理中心组成。其中,可信芯片是可信计算的信任根,存储着支撑可信度量、可 信存储、可信报告的密钥和关键信息,并执行部分密码运算,是实现可信计算 核心功能的源头和依据;可信软件基是系统运行过程中度量、存储、报告功能 的实际执行部件,利用可信芯片的特性,为应用和系统软件的运行建立可信的 计算和互联环境,并将可信计算功能的接口提供给应用和操作系统使用;可信 软件基通过和操作系统的融合,能够完成对操作系统核心态行为的度量,进一 步掌握操作系统内核自身运行状态的可信性。同时,操作系统通过调用可信软 件基提供的可信支撑接口,实现对自身功能(例如身份认证、数据加解密等) 的可信增强。可信管理中心是实现系统内各计算节点统一管理、可信互联的控 制中枢,是进行策略统一制定下发、资源统一管理、审计信息统一收集分析并 进而形成全局态势感知能力的核心。同时,可信管理中心从策略层将TPCM和 TPM2.0两条技术路线融合,形成异构环境下全局策略统一的安全防护体系。
该平台通过建立统一的体系架构,接口、协议和数据结构规范,研发有关 可信功能组件、可信中间件等,可以构建对系统组件的统一安全管理及组件间 的动态联动机制,实现系统安全态势综合分析、实时响应和体系化防御,并能 够根据不同的安全需求进行扩展,满足系统对可信计算支撑、保障、管理机制 等的需求,是构建自主可控与主动防御能力安全防护体系的基石。
如图2所示,加载可信计算平台及相关功能组件后,原有信息系统安全防护 体系(包括安全计算环境、安全边界、安全通信网络三部分)中的计算环境变 成可信计算环境,建立体系化的主动防御安全防护体系,从源头上解决信息系 统在启动、运行过程中所面临的安全风险。
如图1所示,当系统启动时,可信计算平台中的可信芯片首先对BIOS的完 整性进行度量,把度量结果与系统初始运行时采集的、保存在可信芯片中的预 期值行比较。若结果一致,则表明BIOS没有被篡改,是可信的,BIOS中的度量 代码将对OS Loader(包括主引导扇区MBR、操作系统引导扇区等)进行度量, 当判定OS Loader是可信的情况下,执行操作系统的加载程序。OS Loader在加 载操作系统前,首先对操作系统和可信软件基进行度量,当判定其可信后,加 载并执行操作系统和可信软件基。操作系统启动后,可信软件基获得控制权, 对应用程序启动和相关配置文件的完整性进行度量,若应用和重要配置文件是可信的,操作系统加载并执行该应用程序。通过上述操作,可信计算平台为系 统启动建立了由BIOS、OS Loader、操作系统、可信软件基和应用组成的完整 的信任链,从根本上消除了系统被植入病毒、木马进行破坏的可能性。
在系统运行过程中,由于系统软件和应用软件可能存在安全漏洞,将面临 攻击者利用系统漏洞对信息系统进行攻击的安全风险。可信计算平台将对系统 和进程是否处于可信的状态进行实时检测,对进程的系统调用行为,以及对运 行状态中的内核关键数据(例如系统调用表、中断描述符表、关键操作集指针 等)、内核代码段、进程代码段、进程共享库列表等进行度量,检测系统和进程 空间的完整性是否被篡改。若完整性被破坏,进程的系统调用行为将被阻止, 从而以主动防御的方式有效防范了利用系统漏洞将恶意代码注入系统和进程空 间对系统进行渗透性攻击的安全风险。
当一个计算节点首次接入系统中时,需要向可信管理中心注册自身的软硬 件配置信息,经可信管理中心的确认和授权后,才被允许接入系统。一个经过 注册的计算节点向系统中其他目标节点发起连接时,请求接入节点主动向目标 节点提供自身的可信报告,该报告将被目标节点提交给可信管理中心。可信管 理中心接到可信报告后,基于请求接入节点的身份信息(接入点的可信报告根)、 系统软硬件配置信息、系统可信状态等,对请求接入节点的安全性进行动态、 整体和综合的评估,判定是否允许该请求接入节点的接入系统,从而防止非授 权的计算节点、已被攻击的计算节点、已改变配置的计算节点接入系统。
系统中部署的可信管理中心可以通过标准协议和数据格式与各节点可信软 件基进行交互,利用安全管理、系统管理、审计管理和密码管理等模块实现系 统安全策略的统一制定、下发,以及各计算节点安全状态的统一收集、关联分 析和响应,是构建异构环境下基于可信计算安全防护体系的关键模块,在系统 的安全运维、升级、安全管理中承担着重要作用。
在实际系统运行中,通常还需要解决越权操作、数据泄露等安全问题。前 者是因为系统中通常存在多用户的情形,具有一定权限内部人员对其他用户的 有关文件、应用程序等进行越权访问和操作,可信计算防护体系中的强制访问 控制组件为每一个主、客体提供了基于标记的权限分配功能,按照最小特权原 则,保证主体必须严格按照安全策略来访问资源,并通过可信计算的度量功能 来保障主、客体标记的完整性,进而从根本上消除系统内部人员越权操作行为 的发生。后者是因为系统数据在存储、传输过程中面临非授权访问和传输信息 被截获的安全风险,系统中的数据加密组件利用可信计算提供的可信存储功能, 对关键信息进行高强度的加密和签名,防止数据在存储、传输过程中被泄露或 篡改。此外,为了构建完整的基于可信计算的安全防护体系,系统中还需应用 可信认证组件、信息过滤组件、网络访问控制组件等可信功能组件,满足实际 系统的安全需求。
基于可信计算安全防护体系的功能都在系统层实现,对应用完全透明,可 以通过部署可信计算平台,不修改系统应用,通过对应用进行注册,并辅以有 关可信功能组件,即可构建出一个基于可信计算的安全防护体系。同时,基于 可信计算的安全防护体系也为应用提供了功能调用接口,应用可根据需求进行 调用,充分利用可信芯片提供的安全特性。
本发明实施例提供的可信计算平台,通过建立统一的体系架构,接口、协 议和数据结构规范,可以构建对系统组件的统一安全管理及组件间的动态联动 机制,实现系统安全态势综合分析、实时响应和体系化防御,并能够根据不同 的安全需求进行扩展,满足系统对可信计算支撑、保障、管理机制等的需求, 建立体系化的主动防御安全防护体系,从源头上解决信息系统在启动、运行过 程中所面临的安全风险。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于 此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到 的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围 应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种可信计算平台,其特征在于,所述可信计算平台包括可信芯片、可信操作系统、可信软件基和可信管理中心,其中,
所述可信芯片,用于存储支撑可信度量、可信存储、可信报告的密钥和关键信息;
所述可信软件基,用于利用所述可信芯片的特性,为应用和系统软件的运行建立可信的计算和互联环境,并将可信计算功能的接口提供给应用和操作系统使用;
所述可信操作系统,用于通过调用所述可信软件基提供的可信支撑接口,实现对自身功能的可信增强;
所述可信管理中心,用于对系统内各计算节点的统一管理和可信互联进行控制,以及进行策略统一制定下发、资源统一管理和审计信息统一收集分析。
2.根据权利要求1所述的可信计算平台,其特征在于,所述可信芯片,还用于执行部分密码运算。
3.根据权利要求1所述的可信计算平台,其特征在于,所述可信软件基,还用于通过与所述可信操作系统的融合,完成对所述可信操作系统核心态行为的度量,进一步掌握所述可信操作系统内核自身运行状态的可信性。
4.根据权利要求1所述的可信计算平台,其特征在于,所述可信管理中心,还用于从策略层将TPCM和TPM2.0两条技术路线融合,形成异构环境下全局策略统一的安全防护体系。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的可信计算平台,其特征在于,所述可信管理中心包括安全管理子系统、审计子系统、系统管理子系统和密码管理子系统。
6.根据权利要求5所述的可信计算平台,其特征在于,所述安全管理子系统包括安全管理模块和策略服务模块,所述安全管理模块用于进行基准值管理、标记管理、授权管理、策略管理和连接管理,所述策略服务模块用于为所述安全管理模块中的管理操作提供策略服务。
7.根据权利要求5所述的可信计算平台,其特征在于,所述审计子系统包括态势分析模块、审计管理模块、状态监控模块和审计服务模块,所述审计服务模块用于为所述态势分析模块、审计管理模块和状态监控模块的操作提供审计服务。
8.根据权利要求5所述的可信计算平台,其特征在于,所述系统管理子系统包括系统管理模块和系统管理服务模块,所述系统管理模块用于进行用户身份管理、资源管理、应急处理和提供可信软硬件库,所述系统管理服务模块用于为所述系统管理模块中的管理操作提供系统管理服务。
9.根据权利要求5所述的可信计算平台,其特征在于,所述密码管理子系统包括密码管理模块和密码管理服务模块,所述密码管理模块用于进行密码配置、证书服务和密钥管理,所述密码管理服务模块用于为所述密码管理模块中的管理操作提供密码管理服务。
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