一种虚拟可信计算平台框架的设计与实现

论文摘要

最近虚拟化技术经历了一个快速发展的时期,他们为用户节省了大量的硬件资源的开销。这项技术为提供数据中心、网站服务器等需要大量硬件服务器的企业提高了硬件资源的利用率,并大幅度节省了成本。然而虚拟机的安全环境令人堪忧,可信计算在虚拟机上的应用还处于起步阶段。本设计的目标是利用现有的可信计算技术手段管理多个DomainU,为每一个DomainU建立虚拟可信设备,在启动DomainU的同时注册虚拟可信设备,实现Domain0与DomainU之间的可信设备通信,记录他们的运行状态,将虚拟环境加入到安全计算机体系的可信链中。本设计首先实现了将TPM-Emualtor的内核模块架构改为守护进程架构,实现了TPM-Emulator从系统内核的脱离。其次,本设计将TPM-Emulator实现为可以在DomainU环境下使用的、为多DomainU服务的、虚拟TPM设备管理器可以管理的虚拟TPM。最后,本设计实现了在虚拟机中添加对虚拟TPM设备的支持,编写启动脚本与虚拟TPM初始化脚本,在启动虚拟机的同时建立虚拟TPM通信管道并进行操作系统完整性校验,构建了完整的可信链,实现了一种虚拟可信计算平台框架。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 本文的研究内容
• 1.3 论文的主要贡献
• 1.4 论文的组织结构
• 2 虚拟可信计算平台框架
• 2.1 信息安全面临的挑战
• 2.2 可信计算的发展
• 2.3 定义可信计算
• 2.4 可信计算的关键技术
• 2.5 可信计算平台
• 2.6 虚拟可信计算平台框架的设计思路
• 3 虚拟可信计算平台框架的相关知识
• 3.1 虚拟化技术
• 3.1.1 虚拟化技术简介
• 3.1.2 x86架构的特权级别
• 3.1.3 全虚拟化
• 3.1.4 半虚拟化
• 3.1.5 开源的虚拟机技术——Xen
• 3.1.6 Xen虚拟机架构
• 3.1.7 可信设备在Xen中的抽象模型
• 3.1.8 Hypervisor服务
• 3.2 可信计算技术
• 3.2.1 TCG标准规范
• 3.2.2 可信计算平台的基本特征
• 3.2.3 TPM芯片介绍
• 3.2.4 平台状态寄存器PCR
• 3.2.5 TPM密钥
• 3.2.6 可信计算的开源技术
• 4 虚拟可信计算平台框架的设计与实现
• 4.1 虚拟可信计算平台框架的设计
• 4.2 虚拟可信计算平台框架的实现
• 4.3 用软件实现虚拟TPM
• 4.3.1 TPM-Emulator开源项目简介
• 4.3.2 TPM-Emulator的设计模式分析
• 4.3.3 TPM-Emulator的处理流程与问题
• 4.3.4 对TPM-Emulator的改进方案
• 4.3.5 实现虚拟TPM
• 4.4 解决虚拟TPM的多域并发访问控制
• 4.4.1 使用vTPM设备管理器管理虚拟TPM
• 4.4.2 vTPM设备管理器功能
• 4.4.3 vTPM设备管理器初始化分析
• 4.4.4 vTPM Manager线程分析
• 4.4.5 对虚拟TPM改进方案
• 4.4.6 实现多域环境下的虚拟TPM
• 4.5 确保可信链的完整
• 4.5.1 修改虚拟机启动配置文件
• 4.5.2 对虚拟机XenStore注册信息的修改
• 4.5.3 对xend的改进方案
• 4.5.4 为虚拟TPM添加配置脚本
• 4.5.5 实现修改Xend功能的脚本代码
• 5 虚拟可信计算平台框架的运行效果
• 5.1 实验环境
• 5.2 实验结果
• 5.3 实验分析
• 5.4 实验结论
• 6 设计总结与未来工作展望
• 6.1 虚拟可信计算平台框架设计总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集