專利名稱：基于tpm的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的方法及系統(tǒng)，具體是一種基于 TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算系統(tǒng)的資源不斷擴(kuò)展、處理能力不斷增強(qiáng)、應(yīng)用需求不斷提高、多
核高性能處理器不斷普及，尋求如何利用和發(fā)揮計(jì)算機(jī)強(qiáng)大功能己成為未來(lái)信息
技術(shù)領(lǐng)域面臨的重大挑戰(zhàn)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的虛擬化技術(shù)作為一種新型的計(jì)算機(jī)技術(shù)，
極大地提高了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的資源利用率，從而挖掘了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)閑置的計(jì)算潛力，
最大地發(fā)揮了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理能力。
除此以外，虛擬化計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(虛擬機(jī))還具有以下特性
1、 易牽引性。完整地克隆傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件環(huán)境和狀態(tài)是相當(dāng)困 難的。然而，完整地克隆虛擬機(jī)的硬件和軟件環(huán)境卻是相當(dāng)容易的。虛擬機(jī)的這 一特性滿足了很多應(yīng)用場(chǎng)景的需求。
2、 隔離性。同一物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的虛擬機(jī)之間可以達(dá)到物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之 間的隔離程度。這一特性可以使虛擬機(jī)之間互不影響，獨(dú)立工作。
3、 可伸縮性。虛擬機(jī)的實(shí)際物理計(jì)算資源可由系統(tǒng)本身或系統(tǒng)管理員根據(jù)應(yīng) 用進(jìn)行合理分配和動(dòng)態(tài)調(diào)整。這一特性使各個(gè)虛擬機(jī)按需分配物理計(jì)算資源成為 可能。
虛擬化技術(shù)的逐漸普及和應(yīng)用使其安全問(wèn)題也越來(lái)越被重視，虛擬機(jī)中安全 性的基礎(chǔ)是各個(gè)通信實(shí)體的真實(shí)性，即通信雙方能夠在通信前確認(rèn)對(duì)方的身份， 并且只與合法的通信人進(jìn)行通信。這就需要一種安全協(xié)議方法及系統(tǒng)來(lái)保證。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，IBM公司的Stefan Berger等人在 "Security ， 06: 15th USENIX Security Symposium" (2006年第十五屆USENIX 安全技術(shù)石開(kāi)討大會(huì))上發(fā)表的"vTPM: Virtualizing the Trusted Platform Module" (vTPM:虛擬化可信計(jì)算模塊)，提出了虛擬化可信計(jì)算模塊，這種虛擬化可信模塊被部署在每一個(gè)虛擬機(jī)上，從而解決了多個(gè)虛擬機(jī)共享一個(gè)硬件可信計(jì)算模塊的 問(wèn)題。其不足在于僅僅提出了一種在虛擬機(jī)環(huán)境下共享一個(gè)硬件可信計(jì)算模塊 TPM的方法，而未解決虛擬機(jī)環(huán)境下如何利用這個(gè)硬件可信計(jì)算模塊TPM來(lái)保證虛 擬環(huán)境下的通信安全。而傳統(tǒng)的安全協(xié)議方法及系統(tǒng)不適用于虛擬機(jī)環(huán)境下的新 特點(diǎn)、新需求，主要表現(xiàn)在1、虛擬機(jī)之間的通信與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同，虛 擬機(jī)之間的通信可能是兩臺(tái)物理計(jì)算機(jī)之間的通訊，也可能是一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)內(nèi) 部的通信；2、 一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)上可以部署多臺(tái)虛擬機(jī)，不能簡(jiǎn)單地以物理計(jì)算機(jī) 的硬件區(qū)別標(biāo)識(shí)不同的虛擬機(jī)；3、 一臺(tái)虛擬機(jī)上還可以進(jìn)一步嵌套部署多臺(tái)虛擬 機(jī)，這就引入了新的復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提出了一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議 方法及系統(tǒng)，首先，本發(fā)明提供一種虛擬機(jī)環(huán)境下的身份認(rèn)證協(xié)議，來(lái)保證通信 者身份的真實(shí)性；其次，本發(fā)明保證虛擬機(jī)環(huán)境下通信者之間的通信內(nèi)容是保密 的，防止傳輸路徑上的其它結(jié)點(diǎn)得到通信的內(nèi)容；最后，本發(fā)明為了高效合理地 保證虛擬機(jī)內(nèi)的安全性的正確性和可靠性，將安全問(wèn)題歸結(jié)一個(gè)完全可信的實(shí)體 ——硬件可信計(jì)算模塊(TPM)上。因此，只要保證硬件可信計(jì)算模塊的安全性， 則整個(gè)虛擬機(jī)環(huán)境中的安全性也可以得到保證。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
本發(fā)明涉及一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，包括如下步驟
步驟^，特權(quán)虛擬機(jī)分別為兩個(gè)需要進(jìn)行通信的非特權(quán)虛擬機(jī)初始化并建立 非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，特權(quán)虛擬機(jī)是唯一能夠與TPM直接交互的虛擬機(jī)，TPM 是初始狀態(tài)下唯一可信的通信實(shí)體；
步驟二，兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)雙向之間互相鑒別身份，以確認(rèn)雙方的身份信息 是真實(shí)的并且符合進(jìn)行實(shí)質(zhì)通信的條件；
步驟三，如果步驟二成功，則兩個(gè)需要通信的非特權(quán)虛擬機(jī)之間進(jìn)行實(shí)質(zhì)的
通信；
步驟四，當(dāng)非特權(quán)虛擬機(jī)的密鑰或證書過(guò)期時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)會(huì)強(qiáng)制更新其密
鑰或證書，以確保兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的通信過(guò)程中仍然是安全的。 所述初始化并建立非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，包括如下具體步驟第一步，需要進(jìn)行通信的某非特權(quán)虛擬機(jī)向特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送初始化請(qǐng)求，并 將請(qǐng)求消息存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)之間的共享消息環(huán)中；
第二步，非特權(quán)虛擬機(jī)通知特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求消息，特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求， 特權(quán)虛擬機(jī)從它與非特權(quán)虛擬機(jī)之間的共享環(huán)中讀取請(qǐng)求消息，并將初始化請(qǐng)求 發(fā)送給TPM;
第三步，TPM向特權(quán)虛擬機(jī)返回非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，特權(quán)虛擬機(jī)向它與 非特權(quán)虛擬機(jī)的共享數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)初始化得到的非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，身份信 息包括發(fā)送請(qǐng)求者的公鑰、私鑰、標(biāo)識(shí)符以及簽名；
第四步，特權(quán)虛擬機(jī)向非特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送接收身份信息的請(qǐng)求，將請(qǐng)求消息 被存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)的共享消息環(huán)中，并通知非特權(quán)虛擬機(jī)接收 請(qǐng)求；
第五步，非特權(quán)虛擬機(jī)從它與特權(quán)虛擬機(jī)的共享環(huán)中讀取請(qǐng)求消息，并從它 與特權(quán)虛擬機(jī)的共享數(shù)據(jù)區(qū)讀取身份信息。
所述雙向之間互相鑒別身份，以確認(rèn)雙方的身份信息是真實(shí)的并且符合進(jìn)行 實(shí)質(zhì)通信的條件，其鑒別的方式為挑戰(zhàn)應(yīng)答，包括如下具體步驟
第一步，非特權(quán)虛擬機(jī)向另一個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求，并通知該非特
權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求；
第二步，如果該非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑，則向原發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求的非 特權(quán)虛擬機(jī)回發(fā)挑戰(zhàn)請(qǐng)求，并通知原非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求，進(jìn)入第三步如果 該非特權(quán)虛擬機(jī)未能應(yīng)答挑戰(zhàn)或錯(cuò)誤應(yīng)答挑戰(zhàn)則通信立即終止；
第三步，如果原非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑戰(zhàn)，兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)之間 建立實(shí)質(zhì)的通信；如果原非特權(quán)虛擬未能應(yīng)答挑戰(zhàn)或錯(cuò)誤應(yīng)答挑戰(zhàn)則通信立即終 止。
所述實(shí)質(zhì)通信，其通信中的內(nèi)容為加密或簽名形式，加密通信時(shí)加密策略是 開(kāi)放的。
本發(fā)明還涉及一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，包括TPM硬件模塊、 TPM驅(qū)動(dòng)程序、TPM軟件堆棧模塊、虛擬機(jī)監(jiān)控器、特權(quán)虛擬機(jī)、若干非特權(quán)虛擬 機(jī)、安全協(xié)議模塊，其中
TPM硬件模塊是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可信計(jì)算模塊，它是虛擬環(huán)境下安全可信的根基，TPM硬件模塊接收由TPM軟件堆棧模塊發(fā)送的請(qǐng)求，并根據(jù)不同的請(qǐng)求把生成 的標(biāo)識(shí)符、公鑰、密鑰的句柄發(fā)送回TPM軟件堆棧模塊；
TPM驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)TPM硬件模塊與TPM軟件堆棧模塊之間的通信；
TPM軟件堆棧模塊為虛擬機(jī)提供了一系列的可調(diào)用的功能，包括生成標(biāo)識(shí)符、 公鑰、密鑰的句柄，TPM軟件堆棧模塊接收到虛擬機(jī)的請(qǐng)求后，根據(jù)不同的請(qǐng)求調(diào) 用一系列的函數(shù)來(lái)完成請(qǐng)求，這些被調(diào)用的函數(shù)負(fù)責(zé)調(diào)用TPM硬件模塊生成標(biāo)識(shí) 符、公鑰、密鑰的句柄；
虛擬機(jī)監(jiān)控器負(fù)責(zé)對(duì)所有特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在虛擬機(jī)之 間分配計(jì)算機(jī)硬件資源，虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定只有唯一的特權(quán)虛擬機(jī)才擁有特權(quán)；
特權(quán)虛擬機(jī)是虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定的唯一有特權(quán)能夠與TPM軟件堆棧模塊直接 通信的虛擬機(jī)，同時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)能夠與其它非特權(quán)虛擬機(jī)通信；
非特權(quán)虛擬機(jī)是虛擬機(jī)監(jiān)控器管理的其它虛擬機(jī)，非特權(quán)虛擬機(jī)是系統(tǒng)保證 安全的對(duì)象，非特權(quán)虛擬機(jī)必須根據(jù)安全協(xié)議通過(guò)特權(quán)虛擬機(jī)與其他非特權(quán)虛擬 機(jī)間接通信；
安全協(xié)議模塊負(fù)責(zé)特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)中實(shí)際的消息發(fā)送與接收，在 每個(gè)虛擬機(jī)中都部署有一個(gè)安全協(xié)議模塊，特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊與非特權(quán) 虛擬機(jī)的安全特權(quán)模塊有所不同，即只有特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊具有調(diào)用TPM 軟件堆棧的功能。
所述非特權(quán)虛擬機(jī)，其與特權(quán)虛擬機(jī)均設(shè)有一個(gè)共享的消息環(huán)，這個(gè)消息環(huán) 供通信雙方虛擬機(jī)發(fā)送和接收請(qǐng)求，發(fā)送請(qǐng)求時(shí)， 一方虛擬機(jī)先把消息放入消息 環(huán)，并通過(guò)事件通道通知對(duì)方，另一方虛擬機(jī)從消息環(huán)中把消息取出。
所述消息環(huán)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)所獨(dú)占，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法 直接利用它們通信。
所述非特權(quán)虛擬機(jī)，其與特權(quán)虛擬機(jī)之間設(shè)有共享的數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)供通信 雙方虛擬機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
所述數(shù)據(jù)區(qū)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)獨(dú)占的，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法 直接利用它們通信。
本發(fā)明系統(tǒng)中，特權(quán)虛擬機(jī)、非特權(quán)虛擬機(jī)以及TPM硬件模塊、TPM驅(qū)動(dòng)程 序以及TPM軟件堆棧模塊，之間互相協(xié)調(diào)通信，從而實(shí)現(xiàn)了各個(gè)安全協(xié)議。在本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)中，當(dāng)消息環(huán)與數(shù)據(jù)區(qū)被創(chuàng)建以后，虛擬機(jī)與虛擬機(jī)之間便 能夠開(kāi)始根據(jù)安全協(xié)議通信了，各個(gè)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊是實(shí)際負(fù)責(zé)通信的模 塊，另外，在安全協(xié)議的實(shí)現(xiàn)中，特權(quán)虛擬機(jī)不僅要與非特權(quán)虛擬機(jī)進(jìn)行通信， 還要與TPM軟件堆棧模塊跟據(jù)安全協(xié)議進(jìn)行通信，TPM軟件堆棧模塊最終調(diào)用TPM 硬件模塊的功能。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明把保證虛擬機(jī)環(huán)境下通信的安全最終歸結(jié)到保證TPM硬件模塊的安全。 由于TPM硬件模塊為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的一部分，其安全性易于保證，從而使整個(gè) 虛擬機(jī)環(huán)境下的通信安全易于得到保證。
本發(fā)明共實(shí)現(xiàn)了四個(gè)安全協(xié)議，包括初始化協(xié)議、雙向鑒別協(xié)議、保密通信 協(xié)議、密碼或證書更新協(xié)議，安全協(xié)議規(guī)定了虛擬機(jī)與虛擬機(jī)之間，虛擬機(jī)與TPM 軟件堆棧模塊之間如何通信，從而，本發(fā)明引入了完整的虛擬機(jī)安全協(xié)議，從整 個(gè)系統(tǒng)保證了虛擬機(jī)環(huán)境下所有虛擬機(jī)的通信安全，而改進(jìn)了傳統(tǒng)虛擬機(jī)環(huán)境下 每個(gè)虛擬機(jī)獨(dú)立保證自身安全的局限性。


圖l是本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖2是本發(fā)明的特權(quán)虛擬機(jī)和非特權(quán)虛擬機(jī)之間通過(guò)共享消息環(huán)交互信息的 模式圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。
本實(shí)施例的虛擬機(jī)環(huán)境中共有三個(gè)虛擬機(jī)，分別為特權(quán)虛擬機(jī)domainO、非特
權(quán)虛擬機(jī)domainUl以及非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2。
本實(shí)施例涉及一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，包括如下具體歩驟-
步驟一，特權(quán)虛擬機(jī)domain0分別為兩個(gè)需要進(jìn)行通信的非特權(quán)虛擬機(jī)
domainlil與domainU2初始化并建立非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，特權(quán)虛擬機(jī)是唯一
能夠與TPM直接交互的虛擬機(jī)，TPM是初始狀態(tài)下唯一可信的通信實(shí)體，具體如下
①非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl (或domainU2)向特權(quán)虛擬機(jī)doamin0發(fā)送初始化請(qǐng)求。請(qǐng)求消息被存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)domain0與非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl (或特權(quán)虛擬機(jī)doamin0與domainU2)的共享消息環(huán)中；
② 非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl (或doaminU2)通知特權(quán)虛擬機(jī)doamin0接收請(qǐng) 求；
③ 特權(quán)虛擬機(jī)domain0接收請(qǐng)求。特權(quán)虛擬機(jī)從它與非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl
(或它與非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2)的共享消息環(huán)中讀取請(qǐng)求消息；
④ 特權(quán)虛擬機(jī)domain0向TPM發(fā)送初始化請(qǐng)求；
⑤ TPM向特權(quán)虛擬機(jī)domain0返回非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl (或domainU2)的 身份信息。特權(quán)虛擬機(jī)domain0向它與非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl (或
.domainU2)的共享數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)初始化得到的非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl或 domainU2的身份信息；
⑥ 特權(quán)虛擬機(jī)domain0向非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl (或domainU2)發(fā)送接收 身份信息的請(qǐng)求。請(qǐng)求消息被存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)domain0與非特權(quán)虛擬機(jī) doaminUl (或特權(quán)虛擬機(jī)doamin0與domainU2)的共享消息環(huán)中；
⑦ 特權(quán)虛擬機(jī)domain0通知非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl或domainU2接收請(qǐng)求。
⑧ 非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl (或domainU2)接收請(qǐng)求。非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl
(或domainU2)從它與特權(quán)虛擬機(jī)doamin0的共享消息環(huán)中讀取請(qǐng)求消 息；
⑨ 非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl或domainU2從它與特權(quán)虛擬機(jī)domain0的共享數(shù) 據(jù)區(qū)讀取身份信息。
步驟二，當(dāng)兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl與domainU2都各自成功建立了身份 信息時(shí)，非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl與domainU2雙向之間互相鑒別身份，以確認(rèn)雙 方的身份信息是真實(shí)的并且符合進(jìn)行實(shí)質(zhì)通信的條件，具體步驟如下
① 非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl向非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求；
② 非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl通知非特權(quán)虛擬機(jī)doaminU2接收請(qǐng)求；
③ 非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑戰(zhàn)；
非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2向非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求； ⑤非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2通知非特權(quán)虛擬機(jī)doaminUl接收請(qǐng)求； 非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑戰(zhàn)；⑦非特權(quán)虛擬機(jī)doaminlll與非特權(quán)虛擬機(jī)domainU2建立實(shí)質(zhì)的通信。 步驟三，如果步驟二成功，兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl與domainU2之間則
根據(jù)保密通信協(xié)議進(jìn)行實(shí)質(zhì)的通信了，保密通信協(xié)議的策略是開(kāi)放的，通信的內(nèi)
容可以加密也可以不加密；
步驟四，當(dāng)兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl與domainU2通信一段時(shí)間后，非特
權(quán)虛擬機(jī)的密鑰或證書過(guò)期時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)會(huì)強(qiáng)制更新其密鑰或證書，以確保兩
個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的通信過(guò)程中仍然是安全的。
如圖1所示，本實(shí)施例還涉及一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，包括 TPM硬件模塊、TPM驅(qū)動(dòng)程序、TPM軟件堆棧模塊(TSS)、虛擬機(jī)監(jiān)控器(Xen)、 一個(gè)特權(quán)虛擬機(jī)domainU0 (基于Linux系統(tǒng))、兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl、 domainU2 (基于Linux系統(tǒng))、三個(gè)安全協(xié)議模塊，其中
TPM硬件模塊是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可信計(jì)算模塊，它是虛擬環(huán)境下安全可信的根 基，TPM硬件模塊接收由TPM軟件堆棧模塊發(fā)送的請(qǐng)求，并根據(jù)不同的請(qǐng)求把生成 的標(biāo)識(shí)符、公鑰、密鑰的句柄發(fā)送回TPM軟件堆棧模塊；
TPM驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)TPM硬件模塊與TPM軟件堆棧模塊之間的通信；
TPM軟件堆棧模塊為虛擬機(jī)提供了一系列的可調(diào)用的功能，包括生成標(biāo)識(shí)符、 公鑰、密鑰的句柄，TPM軟件堆棧模塊接收到虛擬機(jī)的請(qǐng)求后，根據(jù)不同的請(qǐng)求調(diào) 用一系列的函數(shù)來(lái)完成請(qǐng)求，這些被調(diào)用的函數(shù)負(fù)責(zé)調(diào)用TPM硬件模塊生成標(biāo)識(shí) 符、公鑰、密鑰的句柄；
虛擬機(jī)監(jiān)控器負(fù)責(zé)對(duì)所有特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在虛擬機(jī)之 間分配計(jì)算機(jī)硬件資源，虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定只有唯一的特權(quán)虛擬機(jī)才擁有特權(quán)；
特權(quán)虛擬機(jī)domainU0是虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定的唯一有特權(quán)能夠與TPM軟件堆棧
模塊直接通信的虛擬機(jī)，同時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)能夠與其它非特權(quán)虛擬機(jī)通信；
兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl、 domainU2是虛擬機(jī)監(jiān)控器管理的其它虛擬機(jī)， 非特權(quán)虛擬機(jī)是系統(tǒng)保證安全的對(duì)象，非特權(quán)虛擬機(jī)必須根據(jù)安全協(xié)議通過(guò)特權(quán) 虛擬機(jī)與其他非特權(quán)虛擬機(jī)間接通信；
三個(gè)安全協(xié)議模塊分別負(fù)責(zé)特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)中實(shí)際的消息發(fā)送與 接收，在每個(gè)虛擬機(jī)中都部署有一個(gè)安全協(xié)議模塊，特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊同，即只有特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊具 有調(diào)用TPM軟件堆棧的功能。
如圖'2所示，所述非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl、 domainU2，其與特權(quán)虛擬機(jī) domainU0均設(shè)有一個(gè)共享的消息環(huán)，這個(gè)消息環(huán)供通信雙方虛擬機(jī)發(fā)送和接收請(qǐng) 求，發(fā)送請(qǐng)求時(shí)， 一方虛擬機(jī)先把消息放入消息環(huán)，并通過(guò)事件通道通知對(duì)方， 另 一方虛擬機(jī)從消息環(huán)中把消息取出。
所述消息環(huán)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)所獨(dú)占，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法 直接利用它們通信。
所述非特權(quán)虛擬機(jī)domainUl 、 domainU2，其與特權(quán)虛擬機(jī)domainU0之間均 設(shè)有共享的數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)供通信雙方虛擬機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
所述數(shù)據(jù)區(qū)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)獨(dú)占的，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法 直接利用它們通信。
本實(shí)施例中共實(shí)現(xiàn)了四個(gè)安全協(xié)議，包括初始化協(xié)議、雙向鑒別協(xié)議、保密 通信協(xié)議、密碼或證書更新協(xié)議，安全協(xié)議規(guī)定了虛擬機(jī)與虛擬機(jī)之間，虛擬機(jī) 與TPM軟件堆棧模塊之間如何通信，從而，本實(shí)施例引入了完整的虛擬機(jī)安全協(xié) 議，從整個(gè)系統(tǒng)保證了虛擬機(jī)環(huán)境下所有虛擬機(jī)的通信安全，而改進(jìn)了傳統(tǒng)虛擬 機(jī)環(huán)境下每個(gè)虛擬機(jī)獨(dú)立保證自身安全的局限性。
權(quán)利要求
1、一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，其特征在于，包括如下步驟步驟一，特權(quán)虛擬機(jī)分別為兩個(gè)需要進(jìn)行通信的非特權(quán)虛擬機(jī)初始化并建立非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，特權(quán)虛擬機(jī)是唯一能夠與TPM直接交互的虛擬機(jī)，TPM是初始狀態(tài)下唯一可信的通信實(shí)體；步驟二，兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)雙向之間互相鑒別身份，以確認(rèn)雙方的身份信息是真實(shí)的并且符合進(jìn)行實(shí)質(zhì)通信的條件；步驟三，如果步驟二成功，則兩個(gè)需要通信的非特權(quán)虛擬機(jī)之間進(jìn)行實(shí)質(zhì)的通信；步驟四，當(dāng)非特權(quán)虛擬機(jī)的密鑰或證書過(guò)期時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)強(qiáng)制更新其密鑰或證書，以確保兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)在長(zhǎng)時(shí)間的通信過(guò)程中仍然是安全的。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，其特征是，所述 初始化并建立非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，包括如下具體步驟第一步，需要進(jìn)行通信的某非特權(quán)虛擬機(jī)向特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送初始化請(qǐng)求，并 將請(qǐng)求消息存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)之間的共享消息環(huán)中；第二步，非特權(quán)虛擬機(jī)通知特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求消息，特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求， 特權(quán)虛擬機(jī)從它與非特權(quán)虛擬機(jī)之間的共享環(huán)中讀取請(qǐng)求消息，并將初始化請(qǐng)求 發(fā)送給TPM;第三步，TPM向特權(quán)虛擬機(jī)返回非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，特權(quán)虛擬機(jī)向它與 非特權(quán)虛擬機(jī)的共享數(shù)據(jù)區(qū)存儲(chǔ)初始化得到的非特權(quán)虛擬機(jī)的身份信息，身份信 息包括發(fā)送請(qǐng)求者的公鑰、私鑰、標(biāo)識(shí)符以及簽名；第四步，特權(quán)虛擬機(jī)向非特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送接收身份信息的請(qǐng)求，將請(qǐng)求消息 被存儲(chǔ)在特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)的共享消息環(huán)中，并通知非特權(quán)虛擬機(jī)接收 請(qǐng)求；第五步，非特權(quán)虛擬機(jī)從它與特權(quán)虛擬機(jī)的共享環(huán)中讀取請(qǐng)求消息，并從它 與特權(quán)虛擬機(jī)的共享數(shù)據(jù)區(qū)讀取身份信息。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，其特征是，所述 雙向之間互相鑒別身份，以確認(rèn)雙方的身份信息是真實(shí)的并且符合進(jìn)行實(shí)質(zhì)通信的條件，其鑒別的方式為挑戰(zhàn)應(yīng)答，包括如下具體步驟第一步，非特權(quán)虛擬機(jī)向另一個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求，并通知該非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求；第二步，如果該非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑，則向原發(fā)送挑戰(zhàn)請(qǐng)求的非 特權(quán)虛擬機(jī)回發(fā)挑戰(zhàn)請(qǐng)求，并通知原非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求，進(jìn)入第三步；如果 該非特權(quán)虛擬機(jī)未能應(yīng)答挑戰(zhàn)或錯(cuò)誤應(yīng)答挑戰(zhàn)則通信立即終止；第三步，如果原非特權(quán)虛擬機(jī)接收請(qǐng)求并應(yīng)答挑戰(zhàn)，兩個(gè)非特權(quán)虛擬機(jī)之間 建立實(shí)質(zhì)的通信；如果原非特權(quán)虛擬未能應(yīng)答挑戰(zhàn)或錯(cuò)誤應(yīng)答挑戰(zhàn)則通信立即終 止。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法，其特征是，所述 實(shí)質(zhì)通信，其通信中的內(nèi)容為加密或簽名形式，加密通信時(shí)加密策略是開(kāi)放的。
5、 一種基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，其特征在于，包括TPM硬件模塊、 TPM驅(qū)動(dòng)程序、TPM軟件堆棧模塊、虛擬機(jī)監(jiān)控器、特權(quán)虛擬機(jī)、若干非特權(quán)虛擬 機(jī)、安全協(xié)議模塊，其中TPM硬件模塊是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的可信計(jì)算模塊，它是虛擬環(huán)境下安全可信的基 礎(chǔ)，TPM硬件模塊接收由TPM軟件堆棧模塊發(fā)送的請(qǐng)求，并根據(jù)不同的請(qǐng)求把生成 的標(biāo)識(shí)符、公鑰、密鑰的句柄發(fā)送回TPM軟件堆棧模塊；TPM驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)TPM硬件模塊與TPM軟件堆棧模塊之間的通信；TPM軟件堆棧模塊為虛擬機(jī)提供了一系列的可調(diào)用的功能，包括生成標(biāo)識(shí)符、 公鑰、密鑰的句柄，TPM軟件堆棧模塊接收到虛擬機(jī)的請(qǐng)求后，根據(jù)不同的請(qǐng)求調(diào) 用一系列的函數(shù)來(lái)完成請(qǐng)求，這些被調(diào)用的函數(shù)負(fù)責(zé)調(diào)用TPM硬件模塊生成標(biāo)識(shí) 符、公鑰、密鑰的句柄；虛擬機(jī)監(jiān)控器負(fù)責(zé)對(duì)所有特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)進(jìn)行監(jiān)控，在虛擬機(jī)之 間分配計(jì)算機(jī)硬件資源，虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定只有唯一的特權(quán)虛擬機(jī)才擁有特權(quán)；特權(quán)虛擬機(jī)是虛擬機(jī)監(jiān)控器設(shè)定的唯一有特權(quán)能夠與TPM軟件堆棧模塊直接 通信的虛擬機(jī)，同時(shí)，特權(quán)虛擬機(jī)能夠與其它非特權(quán)虛擬機(jī)通信；非特權(quán)虛擬機(jī)是虛擬機(jī)監(jiān)控器管理的其它虛擬機(jī)，非特權(quán)虛擬機(jī)是系統(tǒng)保證 安全的對(duì)象，非特權(quán)虛擬機(jī)必須根據(jù)安全協(xié)議通過(guò)特權(quán)虛擬機(jī)與其他非特權(quán)虛擬 機(jī)間接通信；安全協(xié)議模塊負(fù)責(zé)特權(quán)虛擬機(jī)與非特權(quán)虛擬機(jī)中實(shí)際的消息發(fā)送與接收，在 每個(gè)虛擬機(jī)中都部署有一個(gè)安全協(xié)議模塊，特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊與非特權(quán) 虛擬機(jī)的安全特權(quán)模塊有所不同，即只有特權(quán)虛擬機(jī)的安全協(xié)議模塊具有調(diào)用TPM 軟件堆棧模塊的功能。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，其特征是，所述非特權(quán)虛擬機(jī)，其與特權(quán)虛擬機(jī)均設(shè)有一個(gè)共享的消息環(huán)，這個(gè)消息環(huán)供通信雙 方虛擬機(jī)發(fā)送和接收請(qǐng)求，發(fā)送請(qǐng)求時(shí)， 一方虛擬機(jī)先把消息放入消息環(huán)，并通 過(guò)事件通道通知對(duì)方，另一方虛擬機(jī)從消息環(huán)中把消息取出。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，其特征是，所述 消息環(huán)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)所獨(dú)占，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法直接利用 它們通信。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，其特征是，所述 非特權(quán)虛擬機(jī)，其與特權(quán)虛擬機(jī)之間設(shè)有共享的數(shù)據(jù)區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)供通信雙方虛擬 機(jī)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議系統(tǒng)，其特征是，所述 數(shù)據(jù)區(qū)，是其所對(duì)應(yīng)的非特權(quán)虛擬機(jī)獨(dú)占的，其它的非特權(quán)虛擬機(jī)無(wú)法直接利用 它們通信。
全文摘要
一種計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的基于TPM的虛擬機(jī)安全協(xié)議方法及系統(tǒng)，本發(fā)明方法中，首先通過(guò)虛擬機(jī)環(huán)境下的身份認(rèn)證，來(lái)保證通信者身份的真實(shí)性；其次保證虛擬機(jī)環(huán)境下通信者之間的通信內(nèi)容是加密的，防止傳輸路徑上的其它結(jié)點(diǎn)得到通信的內(nèi)容；最后為保證虛擬機(jī)內(nèi)的安全性的正確性和可靠性，將安全問(wèn)題歸結(jié)到TPM模塊上。本發(fā)明系統(tǒng)包括TPM硬件模塊、TPM驅(qū)動(dòng)程序、TPM軟件堆棧模塊、虛擬機(jī)監(jiān)控器、特權(quán)虛擬機(jī)、若干非特權(quán)虛擬機(jī)、安全協(xié)議模塊。本發(fā)明中安全性易于保證，使整個(gè)虛擬機(jī)環(huán)境下的通信安全易于得到保證。
文檔編號(hào)G06F9/455GK101425027SQ20081020300
公開(kāi)日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者喆 方, 李明祿, 翁楚良, 源 駱 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)