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XEN虚拟机中数据安全的应用研究及磁盘加密策略

2020-12-13阅读(277)

XEN虚拟机中数据安全的应用研究及磁盘加密策略

论文摘要

近年来虚拟化技术得到蓬勃发展,开源软件XEN虚拟机利用半虚拟化技术,使虚拟机有接近单机的性能,又利用XEN虚拟机管理软件的超级权限实现对硬件的资源分配与管理,提高了虚拟机的安全性,这些优点都使得XEN虚拟机的应用前景广阔。XEN虚拟机采用分离设备驱动的机制,实现客户机对硬件资源的访问,客户机Domain U(非特权级客户机)访问自己的磁盘数据要通过Domain 0(特权级客户机)的磁盘块设备驱动程序完成。如果Domain U不希望Domain 0及其他客户机看到自身磁盘的数据,Domain U需要对磁盘做加密处理。此外,在读写磁盘数据的过程中,Domain U磁盘数据对Domain 0完全可见,Domain 0端的恶意程序可以窃听Domain U数据,造成Domain U磁盘数据的泄漏。本论文通过对XEN分离驱动机制进行详细分析,设计并实现了对磁盘(除文件系统元数据之外)数据的加密,这样可以使Domain 0能够正常挂载加密磁盘却无法查看磁盘数据。在Domain U前端驱动层加入数据加解密模块,利用AES算法对要写入Domain 0共享内存页面的数据进行加密操作,对读取的数据在Domain U地址空间进行解密,从而实现Domain U系统数据的安全存储。此系统不仅保证Domain U磁盘数据在静态的情况下对Domain 0不可见,同时也使Domain U读写磁盘数据的过程中,只要数据离开Domain U地址空间便处在加密状态,保证了数据在读写过程中的安全性。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题的背景
  • 1.2 国内外研究现状
  • 1.2.1 开源软件Truecrypt
  • 1.2.2 Windows Vista Bitlocker
  • 1.2.3 Dm-crypt 以及LUKS 技术对XEN Domain U 磁盘加密
  • 1.3 XEN 虚拟机中数据安全研究的意义
  • 1.4 论文组织结构
  • 第二章 XEN 虚拟化技术
  • 2.1 虚拟化技术
  • 2.1.1 完全虚拟化
  • 2.1.2 半虚拟化
  • 2.1.3 CPU 的虚拟化技术
  • 2.2 XEN 技术
  • 2.2.1 XEN 的结构
  • 2.2.2 Hypervisor、操作系统和应用程序
  • 2.2.3 Domain 0 的角色
  • 2.2.4 非特权客户机Domain U
  • 2.3 XEN 虚拟机配置
  • 2.4 实验环境的建立
  • 2.4.1 所用硬件及软件
  • 2.4.2 安装XEN 前的准备工作
  • 2.4.3 安装XEN
  • 2.4.4 配置并引导Domain 0
  • 2.4.5 引导客户操作系统Domain U
  • 2.4.6 XEN 管理工具
  • 2.5 本章小结
  • 第三章 XEN Domain U 磁盘加密策略
  • 3.1 Linux 对块设备的处理
  • 3.1.1 磁盘数据的组织结构
  • 3.1.2 Linux 通用块层
  • 3.2 Ext2 文件系统
  • 3.2.1 Ext2 文件系统特点
  • 3.2.2 Ext2 文件系统数据结构
  • 3.3 AES 加密算法
  • 3.3.1 简单密码体制
  • 3.3.2 高级加密标准AES 密码体制
  • 3.3.3 对称密钥算法加密模式
  • 3.4 磁盘的挂载过程
  • 3.4.1 vfsmount 结构
  • 3.4.2 安装普通文件系统
  • 3.4.3 安装根文件系统
  • 3.4.4 Fsck 应用程序简介
  • 3.5 XEN Domain U 磁盘加密策略
  • 3.5.1 加密策略分析
  • 3.5.2 计算需要加密的块数
  • 3.5.3 Domain U 磁盘加密程序实现
  • 3.5.4 Domain U 前端驱动程序读写加解密策略
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 XEN 虚拟机前端驱动程序加解密模块实现
  • 4.1 XEN 分离驱动机制
  • 4.1.1 XEN 授权表机制
  • 4.1.2 XEN I/O 环
  • 4.1.3 XEN 事件通道
  • 4.2 Domain U 读写数据机制
  • 4.2.1 Domain U 磁盘设备创建过程
  • 4.2.2 Domain U 前端读写数据
  • 4.3 加密/解密的实现
  • 4.3.1 AES 算法实现
  • 4.3.2 Domain U 前端驱动写数据加密过程
  • 4.3.3 Domain U 前端驱动读数据解密过程
  • 4.4 本章小结
  • 第五章 实验结果与性能分析
  • 5.1 实验结果
  • 5.1.1 验证Domain 0 读取Domain U 磁盘数据
  • 5.1.2 防止Domain 0 对Domain U 读写数据的监听
  • 5.2 性能分析
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 总结与展望
  • 6.1 总结
  • 6.2 未来工作展望
  • 致谢
  • 参考文献

    • 相关论文文献

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