專利名稱：用于共享可信平臺模塊的系統(tǒng)和方法
用于共享可信平臺模塊的系統(tǒng)和方法
背景技術：
可信計算組織(TCG)開發(fā)并促進用于硬件使能的可信計算和安全 技術例如可信平臺模塊(TPM)的工業(yè)標準規(guī)范。TPM被用來存儲并報告 計算平臺上的各種設備和/或硬件的完整性，并被用來安全地隱藏和存 儲平臺信息及秘密，例如密碼、密鑰和證書。TPM本質上是一個單命令 處理設備，從而當TPM對用于由計算機系統(tǒng)產生的一個進程的數(shù)據(jù)進行 操作時，TPM不能對其它進程操作，直到TPM完成對第一個進程的處理。 此外，除了開始當前在TPM上執(zhí)行的進程的實體，沒有其它實體可以在 該進程執(zhí)行期間建立與TPM的連接。而且，單個實體通常作為所有在操 作系統(tǒng)(0S)級產生的要與TPM通信的進程/實體的調度器。該調度器 實體典型地拒絕在其操作期間放棄對TPM的控制。
排他地使用TPM的兩個實體是TCG軟件棧(TSS )和TPM基本服務 (TBS) 。 TSS提供符合TCG規(guī)范和原則的安全服務，并在計算機OS的 控制下執(zhí)行；TBS為Windows操作系統(tǒng)的最新的TPM感知的(TPM-aware ) 版本虛擬化(virtualize) TPM。但是，在一些情況下，優(yōu)選地要在OS 的控制之外執(zhí)行安全操作，例如加密或解密，因為OS之外的計算機系 統(tǒng)固件可以更能夠抵抗用戶操作帶來的干擾，無論是無意的還是惡意 的，并且更少可能被改變。不幸的是，可用于存儲密鑰和軟件的存儲器 典型地限于固件和可以在固件中的基本輸入/輸出系統(tǒng)(B10 S)。但是， 如果另一個實體，例如BI0S、固件、外部設備或計算機主板上的另一電 路，試圖為了安全操作利用TPM的功能性，TPM的單進程操作限制引入 了與TSS/TBS沖突的風險。沖突可能的形式是延遲和狀態(tài)損壞。當 TSS/TBS正在使用TPM而不會放棄控制時發(fā)生延遲。如果在由TSS/TBS 使用的周期之間另一實體使用了 TPM并且改變了 TSS/TBS曾經依賴的要 保持不變的寄存器的狀態(tài)，狀態(tài)損壞就會出現(xiàn)。


圖1是示出用于共享可信平臺模塊(TPM)的系統(tǒng)的實施例的框圖；圖2是進一步示出圖1中用于共享TPM的系統(tǒng)的實施例的框圖； 圖3是示出用于共享TPM的方法的實施例的流程圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的優(yōu)選實施例及其優(yōu)勢將通過參考附圖中的圖1-3而被最好 地理解，相同的附圖標記被用于不同圖中類似和相應的部分。
圖1是示出用于共享可信平臺模塊(TPM)的系統(tǒng)1的實施例的框 圖。在圖1示出的實施例中，系統(tǒng)1包括具有主板100的計算機系統(tǒng)10, 該主板裝有中央處理器(CPU) 110、存儲器120、 TPM130、固件MO和 電路150。在圖1示出的實施例中，固件140包括基本輸入/輸出系統(tǒng)
(BIOS) 140。電路150可以是主板100上的任何電路或設備，包括但 不限于，另一安全設備、嵌入設備、平臺擴展、接口或總線控制器。BIOS 140是在操作系統(tǒng)(OS) 121-故載入和執(zhí)行之前在計算機系統(tǒng)10上運行 的固件。但是，應該理解，可以使用計算機系統(tǒng)10的其它方法和/或實 施例，其不包含傳統(tǒng)的BIOS而使用其它固件系統(tǒng)。計算機系統(tǒng)10可以 包括任意類型的計算機系統(tǒng)，例如但不限于，個人電腦、個人數(shù)字助理
(PDA)、微控制器、嵌入式系統(tǒng)、通信設備和娛樂設備。如這里所使 用，術語"TPM"包括提供硬件使能的可信計算的基礎的任何設備，并 且不限于滿足由可信計算組織(TCG)產生的規(guī)范的設備。
在圖1中，TPM 130包括TPM忙標志131 (指示TPM 130正被使用 或正在執(zhí)行從系統(tǒng)局部實體(SLE)發(fā)出的進程和/或請求)，以及請求 標志132 (指示使用TPM130來執(zhí)行從SLE發(fā)出的系統(tǒng)局部進程和/或請 求的請求)。SLE是被允許訪問受限的TPM內部加密功能性的實體，并 且遵守不向用戶或用于一般用途的應用程序暴露TPM內部加密能力的 TPM限制。SLE可以是遵守這些限制的任何組件，并可以包括平臺固件
(例如固件140) 、 BIOS (例如BIOS 141)、主板100上的其它芯片、 外圍設備例如鍵盤、指紋讀取器等。從而SLE將TPM的內部加密功能擴 展到不包括一般目的應用程序和用戶的邏輯邊界。SLE或者使用不能被 流氓(rogue) OS欺騙的硬件信號，或者通過在為該局部指定的存儲器 映射輸入/輸出(MMIO)范圍中與TPM通信，證明其"局部性"。此外， 應該理解，SLE可以是物理的或虛擬的，例如超控制器(Hypervisor ) / 虛擬機監(jiān)控器。在圖l示出的實施例中，計算機系統(tǒng)IO還包括加入設備IOI,其可
以是插入卡、媒體讀取器、安全設備或可以與計算機系統(tǒng)10 —起使用 的任何其它類型的設備。在圖1中，智能卡11、通用串行總線(USB) 設備12及安全設備13被示出為通信地耦接到計算機系統(tǒng)10。安全設備 13可以包括任意類型或與安全相關的設備，例如但不限于，生物測量設 備例如指紋讀取器或視網膜掃描器。在圖1示出的系統(tǒng)l中， 一個或更 多個SLE實體(例如一個或更多個智能卡U、 USB設備12、安全設備 13、加入設備101、固件140、 BIOS 141、電路150等)可以使用和/或 以其他方式向TPM 130請求服務。在操作中，為了使用和/或以其他方 式請求TPM 130的服務，請求標志132被置位，或者通知通過0S 121 發(fā)送，該通知被CPU 110處理并至少臨時存儲在存儲器120中。
在一些實施例中，通過經系統(tǒng)總線向TPM 130發(fā)送一般目的輸入/ 輸出(GPIO)消息和使用MMIO,請求標志132可以被置位或清零。MMIO 使用相同的總線來訪問存儲器及輸入/輸出(1/0)設備，從而一些存儲器 地址被保留用于I/O而不是訪問存儲器空間。TCG規(guī)范定義了用于不同 的局部的存儲器范圍?；谠搶嶓w用來與TPM 130通信的存儲器范圍， TPM 130確保與它通信的實體位于給定的局部。
圖2是進一步示出圖1的系統(tǒng)1的框圖。在圖2示出的實施例中， 計算機系統(tǒng)10包括用戶進程層21、系統(tǒng)進程層22、內核模式層23及 固件/硬件層24。 OS 121從用戶進程層21延伸，經系統(tǒng)進程層22進入 內核模式層23。用戶進程層21包括要使用TPM 130的安全功能的兩個 應用程序211和212。例如，應用程序211和212可能需要加密或解密 以便處理數(shù)據(jù)，例如可能播放音頻文件或數(shù)字視頻光盤(DVD)所需要 的。應該理解，想要使用TPM 130的資源的應用程序或其它實體的類型 和數(shù)量可以變化。
在OS層次上(例如由層21、 22、 23中的OS 121控制所控制和/或 以其他方式在層21、 22、 23中的0S 121控制下執(zhí)行)，為了得到和/ 或以其他方式訪問所需的TPM 130的安全功能，應用程序211和212中 的一個開始在TPM 130上的進程的纟丸行。應用程序211和212通過TCG 軟件棧(TSS )221與TPM 130交互。TSS 211訪問TPM設備驅動庫(TDDL ) 或TPM基本服務(TBS ) 222。 TSS 211和TDDL/TBS 222位于用戶進程層 23之下的系統(tǒng)進程層22中。TDDL/TBS 222選擇特定的TPM設備驅動器231來使用輸入/輸出(I/O)系統(tǒng)232驅動TPM 130。 1/0系統(tǒng)232可以 包括但不限于GPIO或MMIO。
用戶進程層21、系統(tǒng)進程層22、內核模式層23和固件/硬件層24 表示對資源的不同訪問度，較高層具有較大的訪問度。例如，計算機系 統(tǒng)10的用戶可以在計算機系統(tǒng)10的壽命期間在用戶進程層21中安裝、 打補丁和刪除許多應用程序，例如應用程序211和212。 <旦是，在一些 實施例中，TPM 130是防篡改的并且不能被用戶修改。通常，在OS in 的控制下運行的任何應用程序，例如應用程序211和212，會遭到可能 是用戶、黑客或病毒發(fā)起的攻擊。例如，攻擊可以包括試圖獲取對數(shù)據(jù) 的非法訪問以拷貝或破壞它。于是，通過將安全服務移到OS 121外部， 在那里訪問更為受限，多種形式的計算機攻擊可以被排除。
SLE 234包括在固件/硬件層24上部署的任意類型的設備，并由此 可以潛在地提供比在用戶應用層21中部署的應用程序211和212提供 的安全級別更高的安全級別。在一些實施例中，SLE 234可以包括一個 或更多個智能卡11、 USB設備12、安全設備13、加入設備101、固件 140、 BIOS 141或電路150 (圖1 )。但是，應該理解，其它類型的應用 程序和/或實體可以在固件/硬件24中存在并包含SLE 234。
SLE 234被配置為通過將請求標志132置位或通過發(fā)送另一類型的 通知來中斷在TPM 130上為使用的應用程序211或212執(zhí)行的0S 121 層次進程。例如，通知可以被發(fā)送到TPM 130、 TSS 221、 TBS 222、應 用程序211或212、或OS 121中的任何其它實體。請求標志132可以通 過使用I/O系統(tǒng)232或通過經OS 121來置位。通知還可以經I/O系統(tǒng) 232被傳遞到TPM 130,或被傳遞到0S 121以路由到合適的接收者，可 能使用簡I。于是，OS 121層次進程被中斷和/或暫停以使能TPM 130 對非OS 121層次進程(例如與SLE 234關聯(lián)且/或由0S 121的層21、 22和23外部和/或外側的實體發(fā)起的進程)的執(zhí)行。
當TPM 130在為OS 121層次應用程序執(zhí)行OS 121層次進程和/或 請求時(例如為在OS 121控制下的應用程序211和/或212 ),指示TPM 130正在一皮使用的TPM忙標志131沒有^皮置位。由于TCG TPM規(guī)范規(guī)定 了單進程、單用戶設備，如果TPM 130滿足TCG規(guī)范，則當前的進程具 有對TPM 130的排他使用。系統(tǒng)1的實施例使用請求標志132來提供至 少一種機制，用于通過由SLE 234 (例如智能卡11、 USB設備12/安全
6設備13、加入設備101、固件140或電路150)發(fā)出請求信號以中斷或 暫停OS 121層次進程的執(zhí)行并執(zhí)行SLE 234進程，來使能對TPM 130 的共享。
圖3是示出TPM共享方法的實施例的流程圖。該方法在塊301開始， 其中TSS 221在TPM 130上執(zhí)行0S 121層次進程(例如，代表應用程 序211或212 )。盡管圖3使用TSS 221來描述，其它實體也可以使用 TPM 130,例如TDDL/TBS 222或可以訪問TPM 130資源的另一 0S 121 層次應用程序。在塊302中，有指示SLE 234要使用TPM 130(例如固 件140、 BIOS 141、電路150、主板100上的另一電路，主板100外的 設備，以及/或被授權使用TPM 130的任何其它SLE)。如上所述，該請 求可以是用于要在OS 121以外執(zhí)行的加密或解密過程。
在塊303中，SLE 234向TPM 130認證自己，以得到使用TPM130 的授權。例如，認證可能需要使用預定的局部存儲器范圍經MMIO發(fā)送 消息。在塊304中，通過，例如，置位請求標志132和/或使用WMI、 GPIO、 MMIO或使SLE 234能發(fā)信號通知TPM 130或在0S 121中執(zhí)行的進程的 任何其它方法來發(fā)送通知，SLE 140請求使用TPM 130。還應該理解， 其它方法也可以被使用(例如，使用中斷請求(IRQ))。
在塊305中，通過監(jiān)控請求標志132狀態(tài)或通過以其他方式接收SLE 234請求的通知,TSS 221得知SLE 234請求。對TPM 1 30的控制從TSS 221到SLE 234的移交，可以被協(xié)同地或占先地執(zhí)行。在判定塊306中， SLE 234或者進行協(xié)同方案或者進行占先方案。如果選擇了占先方案， 該方法進入塊307a,其中SLE 234暫停執(zhí)行TSS 221進程并保存TPM 130 的狀態(tài)，且該方法進入塊310。如果在判定塊306中選擇了協(xié)同方案， 該方法進入塊307b,其中TSS 221在SLE 234等待的同時開始清理進程。 例如，在一些實施例中，使用協(xié)同方案，TSS 221暫停它自己的進程， 保存TPM 130狀態(tài)，然后清零請求標志132。在判定塊308,通過監(jiān)控 請求標志132的狀態(tài)，做出決定TSS 221是否已完成清理進程。如果TSS 221還沒有完成，則該方法進入塊309,其中SLE 234繼續(xù)監(jiān)控TSS 221 的狀態(tài)以通過監(jiān)控請求標志132來確定TSS 221是否已經完成。應該理 解在一些實施例中，系統(tǒng)1可以被實現(xiàn)為對所有設備使用占先、對所有 設備使用協(xié)同、或對某些設備使用協(xié)同并對其它設備使用占先(例如， 由系統(tǒng)設計者、用戶、管理員等設置)。在其它實施例中，決定是行協(xié)同或占先的進程是基于任務的優(yōu)先權的(例如，較高優(yōu)先權的任務 使用占先進程，而較低優(yōu)先權的任務使用協(xié)同進程)。當根據(jù)TCG規(guī)范
實施時，TPM 130能夠響應于SaveState()和RestoreState()命令，以 分別保存和恢復其寄存器的值。TSS 221或SLE 234,無論那個具有對 TPM 130的控制，能夠發(fā)出這樣的命令。
當TSS 221已經釋放對TPM 130的控制，TSS 221在塊310中用信 號通知該釋放(例如，通過清零請求標志132和/或向OS 121中曾經正 使用TSS 221來訪問TPM 130的功能的應用程序報告狀態(tài))。在一些實 施例中，TSS 221報告它已被搶先或提供完成進程的時間估計，時間估 計包括SLE 234將使用TPM 130的時間。在塊311中，SLE 234訪問和/ 或以其他方式取得TPM 130的控制，并置位忙標志131。在塊312中， SLE 234執(zhí)行它自己的進程，并且在其結束或完成時，在塊313中釋放 TPM 130。在一些實施例中，釋放TPM 130包括清理固件140進程、清 零忙標志131、恢復來自TSS 221進程的狀態(tài)、并通知TSS 221。
在塊314中，TSS 221重連到TPM 130。在一些實施例中，重連到 TPM 130是在響應于TSS 211接收到與SLE 234關聯(lián)的進程完成的通知、 或作為TSS 221監(jiān)控忙標志131的結果而發(fā)生的。在一些實施例中，TPM 130及/或OS 121中曾正在使用TSS 221來訪問TPM 130的應用程序以 其他方式^皮通知用于SLE 234的進程結束，以確保TPM 130使用返回到 TSS 221,以便于用于TSS 221的進程的完成。如果被保存的TPM 130 狀態(tài)沒有被SLE 234恢復，TSS 221恢復TPM 130狀態(tài)。TSS 221進程 的執(zhí)行在塊315中恢復。
于是，系統(tǒng)1的實施例使能了對TPM 130資源的共享使用，從而對 TPM 130的控制可以在TPM 130完成OS層次進程之前被放棄。在一些實 施例中，系統(tǒng)1使能占先和/或協(xié)同方案來共享TPM 130資源。
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權利要求
1. 一種用于共享可信平臺模塊(TPM)的方法，包括暫停在TPM(130)中執(zhí)行的操作系統(tǒng)(OS)(121)層次進程的執(zhí)行；以及由TPM(130)執(zhí)行非操作系統(tǒng)(121)層次進程。
2. 如權利要求1所述的方法，還包括恢復由TPM ( 130)對操作系 統(tǒng)(121 )層次進程的執(zhí)行。
3. 如權利要求1所述的方法，還包括保存TPM (130)的狀態(tài)。
4. 如權利要求l所述的方法，其中，執(zhí)行非操作系統(tǒng)(121 )層次 進程包括執(zhí)行與系統(tǒng)局部實體(SLE) ( 234 )關聯(lián)的非操作系統(tǒng)(121) 層次進程。
5. 如權利要求l所述的方法，還包括監(jiān)控一標志(132),該標志 (132)的置位指示對將TPM ( 130)用于非操作系統(tǒng)(121 )層次進程的請求。
6. —種用于共享可信平臺模塊(TPM)的系統(tǒng)(1 ),包括 TMP(130)，可操作來執(zhí)行操作系統(tǒng)(0S) (121)層次進程，該TPM(130)可操作來暫停操作系統(tǒng)(121 )層次進程的執(zhí)行并執(zhí)行非搡作系 統(tǒng)(121 )層次進程。
7. 如權利要求6所述的系統(tǒng)(1),其中，所述非操作系統(tǒng)(121) 層次進程與系統(tǒng)局部實體(SLE) ( 234 )關聯(lián)。
8. 如權利要求6所述的系統(tǒng)(1)，其中，TPM (130)包括請求標 志(132),用于指示執(zhí)行非操作系統(tǒng)(121)層次進程的請求。
9. 如權利要求6所述的系統(tǒng)(1),還包括操作系統(tǒng)(121),其 可操作來接收請求將TPM (130)用于執(zhí)行非操作系統(tǒng)(121 )層次進程 的通^口 。
10. 如權利要求6所述的系統(tǒng)(1 ),還包括系統(tǒng)局部實體(234 ), 其可操作來置位請求標志(132 )以指示執(zhí)行非操作系統(tǒng)(121 )層次進 程的請求。
全文摘要
用于共享可信平臺模塊(TPM)的系統(tǒng)(1)包括可操作來執(zhí)行操作系統(tǒng)(OS)(121)層次進程的TPM(130)，該TPM可操作來暫停OS(121)層次進程的執(zhí)行并執(zhí)行非OS層次進程。
文檔編號G06F9/48GK101535957SQ200780040609
公開日2009年9月16日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權日2006年10月30日
發(fā)明者M·諾沃亞, V·Y·阿利, W·M·易卜拉欣 申請人:惠普開發(fā)有限公司