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一種遠程證明協議轉換模型及通用安全協議研究

文檔作者：施光源，公備，馮聿夢文檔來源：北京工業大學		點擊數：	更新時間： 2022年04月11日
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第27卷第6期
2010牟6月
計算機應用研究
Application Research of Computefs
V01．27 No．6
Jun．2010
一種遠程證明協議轉換模型及通用安全協議研究
施光源，公備，馮聿夢
(北京工業大學計算機學院，北京100124)
摘要：在對現有的遠程證明技術進行分析研究的基礎上，提出了一種遠程證明證據傳輸的通用方法，該方法
利用協議轉換代理模塊將不同的證明信息通過對偶的方式轉換為通用的證明信息，并且利用所設計的通信協議
進行安全傳輸。該方法解決了遠程證明中不同證明信息傳輸的通用性問題，并且保障了遠程證明信息在傳輸過
程中的機密性和完整性。
關鍵詞：遠程證明；可信網絡；通信協議；可信計算
中圖分類號：TP309 文獻標志碼：A 文章編號：1001-3695(2010)06—2309—04
doi：10．3969／j．issn．1001·3695．2010．06．090
New protocol transfer module for remote attestation and generic
secure communication protocol
SHI Guang-yuan，GONG Bei，FENG Yu-meng
(College ofComputer＆如，蹦，Beijing University ofTechnology。aaji增100124，China)
Abstract：Through research the existing technologies of remote attestation。this paper provided a flew method for remote attestation
to ensure the secure transmission of the attestation’8 information．The method took advantage of a protocol transfer mod·
ule to map the different attestation information into the genetic information，and designed acommon communication protocol to
guarantee the confidentiality and integrity of remote attestation’S information in the course of transmission．
Key words：remote attestation；trusted network；communication protocol；trusted computing
0引言
隨著互聯網應用的迅速普及，人們的工作生活都與之緊密
聯系。然而，由于互聯網具有開放性、互聯性等特征，致使網絡
中存在很多不安全因素，如蠕蟲病毒、木馬軟件等對終端的肆
意攻擊，都嚴重地威脅了計算機的安全。
在這種情況下，如何證明在網絡環境中相互通信的終端安
全可信，已經成為計算機安全領域中的研究熱點。可信計算技
術正在努力從根本上解決計算機的安全問題，對安全領域中的
很多關鍵問題都展開了深入研究。其中，可信遠程證明就是其
中一個非常重要的部分。可信遠程證明是證明方通過向遠端
的質詢方提供可信的證據來證明一個可信的安全環境是否存
在。現階段對于遠程證明的研究工作主要有：Sadcghi等人?
通過計算平臺提供的安全屬性來證明該平臺是否可信；Haldar
等人雎1通過利用可信虛擬機分析程序語義，利用語義來完成
遠程證明；Sailer等人¨1在TCG的規范之上提出了完整性度量
體系，通過對實體完整性的度蟹來證明平臺可信；Li Xian—yong
等人”3通過分析系統行為來判斷平臺是否可信。但是，上述
這些證明方案主要關注的是證明框架和方法的研究，由于遠程
證明是在多個平臺之間進行相互操作，需要有一套通用的可信
網絡框架和通信協議來保障這些證明信息能夠安全準確地傳
輸，而不會因為被有意竄改從而導致證明結果失效。
針對上述問題，本文通過研究各種遠程證明方法，分析出
它們之間的共性和區別，并結合可信網絡連接架構，提出了一
套通用的可信遠程證明網絡模型框架，并且設計了一套遠程證
明通用協議(attestation genetic protocol，AGP)，保障了證明信息
在傳輸過程中的機密性和完整性。本文對現有的證明機制進
行了分析，提出了可信網絡證明模型，并給出了通用的證明通
信協議。
1 可信遠程證明機制
可信遠程證明是證明方通過向遠端的質詢方提供可信的
證據來證明一個可信的安全環境是否存在。具體地說，當平臺
A上的用戶請求平臺B提供服務時，平臺B(稱為質詢方)在提
供授權訪問之前，除了傳統的身份和權限驗證之外，還需要驗
證平臺A(稱為證明方)的狀態是否可信。可信遠程證明典型
的場景如圖1所示。
質詢方／服務提供者證明方／目標平臺
圖1典型可信遠程證明場景
可信計算trifle,(TCG)在已經公布的硬件組件的規范‘51中
提出了可信平臺模塊TPM的概念，并且TPM中存儲的平臺配
收稿日期：2009．11—16；修回Et期：2009—12—23 基金項目：國家“863”計劃資助項目(2009AA012437)；國家“973”計劃重點資助項目
(2007CB31 1 100)
作者簡介：施光源(1983·)，男，河北唐山人，博士研究生，主要研究方向為信息安全、遠程證明(118sgy@163．corn)；公備(1984·)，男，山東臨沂
人，博士研究生，主要研究方向為信息安全密碼協議；馮聿夢(1985．)，男，湖南岳陽人，博士研究生，主要研究方向為系統風險評估．
萬方數據
·2310· 計算機應用研究第27卷
置信息通過利用一個加密的安全哈希函數SHA—l舊1來進行遠
程證明。TCG的遠程證明機制是質詢方要求遠程計算平臺提
交相關的證明信息，這些信息包括事件記錄日志和對應的PCR
(platform configuration register)寄存器值。每個PCR可以定義
為只與計算平臺的某一類系統特定事件狀態相關。證明方把
PCR進行簽名，然后將簽名值、事件記錄以及平臺證書等內容
報告給質詢方；質詢方對內容進行驗證，確定遠程計算平臺身
份及報告內容的真實性。
針對TCG遠程證明內容不足的局限性又分別提出了基于
屬性和基于系統行為的證明方式。基于屬性的證明方式是把
系統的配置信息映射為與系統安全相關的安全屬性，然后質詢
方通過驗證證明方是否具有這些安全屬性來判斷其是否可信。
在文獻[7]中利用一種基于屬性的協議來完成盲驗證和安全
屬性及配置信息映射的撤銷功能。
基于系統行為的計算平臺可信證明方法是對證明平臺中
所發生的與平臺狀態可信有關的系統行為加以度量和驗證，通
過行為分析來判斷證明平臺的狀態是否可信。質詢方根據安
全策略來實現對系統行為的判斷，從而達到對平臺狀態是否可
信進行證明。
在上述各種證明方式中，它們既存在各自的優點，同時也
有自己的不足，各種證明方法參看表1。TCG的證明方法比較
簡單，只是對平臺證書和PCR值進行驗證，這種方式包含的信
息量有限，因此證明的效果存在一定限制，但是這種證明方式
的效率比較高，如果對于安全等級要求不高的一般用戶，這種
證明的力度就能滿足要求。對于其他兩種證明方式，它們能夠
提供比較豐富的證明信息，能夠更加全面準確地對系統進行安
全檢查，但是需要把系統配置信息抽象為系統層次的安全屬
性，或者需要分析系統行為，所以比較適用于對安全等級要求
很高的用戶使用。由此可見，各種證明方法都有自己的適用領
域，所以需要一個通用的模型來保障各種證明方法的使用，但
是由于證明方提供的證據內容不同，在進行遠程證明的過程
中，傳輸的內容也有所不同。另外，傳輸過程中證明信息的安
全性也需要保證，這就需要使用一種通用的可信通信框架來保
障證明信息的安全傳輸。
表1證明方法對比
2 TCG的可信網絡架構
'rCG提出的可信網絡連接(TNc)架構‘81用于解決在網絡
環境下的終端安全通信問題，并且通過對終端進行完整性驗
證，來評估終端對于要訪問網絡的適用性，以便確保只有合法
并且自身安全的終端才能夠接入到網絡。TNC是TCG提出的
一種新的概念模型，同時它也是一個開放的通用架構，而且
TNC不依賴于具體的技術或者模式。TNC架構如圖2所示。
TNC架構采用服務器／客戶端模式，從縱向考慮，TNC包
含三個邏輯實體，即訪問請求者(access requestor，AR)、策略執
行點(policy enforcement point，PEP)和策略決策點(policy decision
point，PDP)。訪問請求者是請求訪問受保護網絡的邏輯
實體。策略執行點是執行PDP的訪問授權決策的網絡實體。
策略決策點是根據特定的網絡訪問策略檢查訪問請求者的訪
問認證，決定是否授權訪問的網絡實體。從橫向考慮，TNC又
分為完整性度量層、完整性評價層和網絡訪問層。
TCG的可信網絡架構TNC主要是針對于平臺完整性證明
的支持，也就是對于TCG的遠程證明方式的支持，并沒有考慮
到后來出現的基于安全屬性和系統行為的遠程證明方式的支
持。但TNC具有很好的擴展性，并且利用TNC所提供的服務
能夠建立起可信連接，所以可以把TNC網絡架構作為一種基
礎功能模塊來使用。
3可信遠程證明網絡模型及通信協議
3．1 可信遠程證明網絡模型
可信遠程證明網絡模型(trusted remote attestation network
model，TRANM)整體架構如圖3所示。在證明方中，證明度測
模塊用來度量計算平臺的可信性，該模塊實現方法可以是表1
中所列舉的證明方法中所采取的度量方法，度量結果將存放在
證據數據庫中，以便供證明信息采集器(attestation information
collector，AIC)所使用。AIC將獲得的證據文件傳遞給協議轉
換代理(protocol transfer proxy，腫)進行證據規范化處理，然
后通過通用協議進行傳輸。在驗證端，PTP將統一證據傳遞給
證明信息分析器(attestation information verifier，AIV)進行證據
分類處理，把不同證據提供給證明驗證模塊進行平臺可信性證
明。關于證明度測模塊和證明驗證模塊的設計實現可以參考
文獻[1—4]，協議轉換代理PTP的設計是本文闡述的要點。
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圖2 TNC架構圖圖3遠程證明整體架構圖
3．2 P．rP模塊描述
在可信遠程證明網絡模型中，協議轉換代理m模塊主
要負責把通過不同證明方法所得到的證據進行規范化處理，轉
換成能夠被證明通用協議(AGP)所使用的格式，使得能夠按
照所設計的證明通用協議進行傳輸。PTP具有的功能包括：a)
在證明方負責把不同的證明信息轉換成統一證明信息；b)在
質詢方負責把接收到的統一證明信息轉換為對應的證明信息。
首先利用AIC收集證明證據信息，AIC收集證據的相關信
息，不單單包含證據文件本身(證據材料)，還要包括證據文件
類型、證據文件數量、證據文件大小等內容。
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萬方數據
第6期施光源，等：一種遠程證明協議轉換模型及通用安全協議研究·2311·
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