基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供了一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，所述方法在虛擬機(jī)監(jiān)控器中設(shè)置有安全監(jiān)控器，同時(shí)在與計(jì)算節(jié)點(diǎn)相連接處設(shè)置有獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)，虛擬機(jī)監(jiān)控器與所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過安全監(jiān)控器和硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)監(jiān)控器的安全檢測。該方法解決虛擬機(jī)監(jiān)控器在計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行中的動態(tài)完整性和安全性檢測缺失的問題，同時(shí)在計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)可能存在硬件木馬的情況下，對虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行動態(tài)完整性檢測，達(dá)到保障虛擬機(jī)監(jiān)控器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)安全的目的。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及信息安全的
，尤其涉及一種針對虛擬機(jī)監(jiān)控器在運(yùn)行過程中的完整性檢測方法。
技術(shù)介紹
云計(jì)算把計(jì)算/存儲/通訊資源集中在云端，通過互聯(lián)網(wǎng)為用戶提供各自服務(wù)。包括：基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(Infrastructure-as-a-Service，IaaS)，平臺即服務(wù)(Platform-as-a-Service，PaaS)，軟件即服務(wù)(Software-as-a-Service，SaaS)。其中的基礎(chǔ)設(shè)施方面的服務(wù)，為用戶提供可伸縮性的計(jì)算/存儲/通訊資源，是云計(jì)算的基礎(chǔ)。硬件資源的虛擬化是云計(jì)算應(yīng)用中的核心技術(shù)，虛擬機(jī)監(jiān)控器自身的安全，是保障運(yùn)行在它之上的虛擬機(jī)的安全性的一個(gè)基本前提。因此虛擬機(jī)監(jiān)控器的安全，尤其是虛擬機(jī)監(jiān)控器在計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過程中的動態(tài)安全檢測、動態(tài)完整性檢測，是保障計(jì)算節(jié)點(diǎn)安全，以及云計(jì)算系統(tǒng)安全的關(guān)鍵技術(shù)。如專利申請201310514456.5公布了一種基于VMM的軟件完整性校驗(yàn)系統(tǒng)及其方法，該方法是在虛擬機(jī)中包括初始檢測模塊和循環(huán)檢測模塊，虛擬機(jī)監(jiān)控器包括硬盤完整性校驗(yàn)?zāi)K、內(nèi)存完整性校驗(yàn)?zāi)K以及哈希值計(jì)塊。通過采用主動陷入虛擬機(jī)監(jiān)控器的方式能夠高效的進(jìn)行完整性校驗(yàn)，通過創(chuàng)建循環(huán)檢測線程實(shí)現(xiàn)了對內(nèi)存的完整性校驗(yàn)。本專利技術(shù)可用于檢測對軟件可執(zhí)行文件本身的惡意修改、軟件的防破解，檢測內(nèi)存補(bǔ)丁對軟件在內(nèi)存中映像的修改。該方法利用虛擬機(jī)監(jiān)控器所具有的系統(tǒng)最高權(quán)限，可以對硬盤文件的完整性和內(nèi)存完整性進(jìn)行檢測，基于該機(jī)制，也可以對虛擬機(jī)監(jiān)控器的硬盤文件，以及上載到內(nèi)存中運(yùn)行的虛擬機(jī)監(jiān)控器代碼進(jìn)行完整性檢測。但這些操作的前提假設(shè)是計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)是可信的，沒有硬件木馬和惡意電路來隱藏和旁路部分硬盤文件或內(nèi)存區(qū)域。專利申請201410371685.0公布了一種基于虛擬平臺的安全可信運(yùn)行保護(hù)方法，該專利申請?jiān)谔摂M化平臺中引入可信計(jì)算技術(shù)，通過LLVM的虛擬機(jī)監(jiān)控器靜態(tài)分析、TPM和IPMI的平臺完整性遠(yuǎn)程驗(yàn)證、管理域虛擬機(jī)完整性度量、用戶虛擬機(jī)完整性度量和基于軟件行為的數(shù)據(jù)流一致性分析模塊組成實(shí)現(xiàn)虛擬平臺的安全可信運(yùn)行保證模型。該申請是以TPM技術(shù)為核心，對用戶虛擬機(jī)和用戶進(jìn)行動態(tài)度量，而虛擬機(jī)監(jiān)控器和管理域虛擬機(jī)則是在系統(tǒng)啟動過程中，基于TPM原理做靜態(tài)分析。但TPM靜態(tài)分析存在檢測與運(yùn)行相分離的TOCTOU缺陷，而攻擊者所施行的攻擊行為，往往是在系統(tǒng)運(yùn)行過程中進(jìn)行的，因此對虛擬機(jī)監(jiān)控器的動態(tài)安全防護(hù)還需要加強(qiáng)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，該方法解決虛擬機(jī)監(jiān)控器在計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行中的動態(tài)完整性和安全性檢測缺失的問題，同時(shí)在計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)可能存在硬件木馬的情況下，對虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行動態(tài)完整性檢測，達(dá)到保障虛擬機(jī)監(jiān)控器和計(jì)算節(jié)點(diǎn)安全的目的。本專利技術(shù)的另一個(gè)目的是提供一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，該方法能夠有效地選取系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行安全檢測，不但提高了檢測的效率，同時(shí)也提高了檢測的準(zhǔn)確性。本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述方法在虛擬機(jī)監(jiān)控器中設(shè)置有安全監(jiān)控器，同時(shí)在與計(jì)算節(jié)點(diǎn)相連接處設(shè)置有獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)，虛擬機(jī)監(jiān)控器與所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過安全監(jiān)控器和硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)監(jiān)控器的安全檢測。所述安全監(jiān)控器采用和虛擬機(jī)監(jiān)控器相同的粒度來監(jiān)控相關(guān)的進(jìn)程和操作，采集相關(guān)的進(jìn)程和操作的運(yùn)行參數(shù)供硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)做實(shí)時(shí)的分析，對虛擬機(jī)監(jiān)控器的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，并對發(fā)現(xiàn)的攻擊行為采取相關(guān)的對策和防護(hù)處理。這部分檢測操作實(shí)質(zhì)上是起到了態(tài)勢感知的作用。進(jìn)一步，在采集相關(guān)的進(jìn)程和操作的運(yùn)行參數(shù)這些關(guān)鍵的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)上，安全監(jiān)控器采集虛擬機(jī)監(jiān)控器的實(shí)時(shí)存儲映像，通過獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)對其完整性進(jìn)行快速檢測，有效防御惡意軟件的入侵。進(jìn)一步，所述虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器存儲在硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)的安全存儲區(qū)域，系統(tǒng)上電時(shí)通過密碼安全通道上載到計(jì)算節(jié)點(diǎn)平臺上，系統(tǒng)檢測的可信根不依賴于計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件電路的安全性。所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)是由一個(gè)接口與路由芯片和一組安全監(jiān)控芯片組成，所述安全監(jiān)控芯片具有多個(gè)，通過接口與路由芯片與虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行通信，同時(shí)，芯片之間的通訊均采用安全加密的形式進(jìn)行，保證了攻擊者即使能夠偵聽和獲取芯片間的通訊內(nèi)容，也無法破解這些加密的通訊數(shù)據(jù)。進(jìn)一步，虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的程序代碼均存儲在安全監(jiān)控芯片中，系統(tǒng)上電時(shí)通過密碼安全通道將這些代碼上載到計(jì)算節(jié)點(diǎn)平臺上，保證了系統(tǒng)檢測的可信根不依賴于計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件電路的安全性。進(jìn)一步，所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過程中虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行動態(tài)檢測。所述動態(tài)檢測的步驟為：101、從硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)上載虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器；102、啟動虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器，虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的代碼通過計(jì)算節(jié)點(diǎn)和硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行交叉校驗(yàn)；103、虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器進(jìn)行系統(tǒng)管理和系統(tǒng)配置，啟動虛擬機(jī)的分區(qū)配置和安全管理；上載本機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序到對應(yīng)分區(qū)并啟動執(zhí)行；104、進(jìn)行系統(tǒng)態(tài)勢感知，上載安全監(jiān)控軟件到特定分區(qū)，啟動該虛擬機(jī)并監(jiān)控本機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的操作；105、如果本機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序遭到攻擊，則虛擬機(jī)監(jiān)控器暫停相關(guān)的進(jìn)程，安全監(jiān)控器獲取虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的存儲映像快照，通過硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)驗(yàn)證和分析虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的完整性；如果虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器沒有受到入侵，則刪除受到入侵的進(jìn)程，系統(tǒng)回退到上一個(gè)安全執(zhí)行點(diǎn)；如果虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器受到入侵，則將攻擊現(xiàn)場的相關(guān)數(shù)據(jù)存儲到安全芯片中，計(jì)算節(jié)點(diǎn)強(qiáng)制關(guān)機(jī)。106、啟動并執(zhí)行高等級安全應(yīng)用，在本機(jī)操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序沒有遭到攻擊的情況下，如果用戶發(fā)出明確的指示，虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器將從安全監(jiān)控芯片上載高安全應(yīng)用所涉及的精簡操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用程序到特定的安全分區(qū)，啟動并執(zhí)行高等級安全應(yīng)用。所述106步驟中，在高安全應(yīng)用執(zhí)行期間，該分區(qū)中操作系統(tǒng)、中間件和應(yīng)用程序的完整性，將通過虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器中的安全監(jiān)控器獲取它們的快照，并通過硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)的后臺處理來進(jìn)行驗(yàn)證。進(jìn)一步，硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)同時(shí)獲取虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的存儲映像快照，驗(yàn)證和分析虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的完整性。進(jìn)一步，在高安全應(yīng)用執(zhí)行期間，如果虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器遭到入侵，或者高安全應(yīng)用的分區(qū)遭到入侵，則硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)復(fù)位，撤銷全部的虛擬機(jī)運(yùn)行。本專利技術(shù)實(shí)施例與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、通過檢測虛擬機(jī)運(yùn)行狀況，獲得計(jì)算節(jié)點(diǎn)當(dāng)前的安全態(tài)勢感知，能夠有效地選取系統(tǒng)運(yùn)行中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行安全檢測，不但提高了檢測的效率，同時(shí)也提高了檢測的準(zhǔn)確性。2、采用獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)中的安全存儲區(qū)來保持虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的代碼文件，保證了系統(tǒng)檢測的可信根不依賴于計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件電路的安全性。3、采用獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)來對采樣數(shù)據(jù)和虛擬機(jī)監(jiān)控器的實(shí)時(shí)存儲映像進(jìn)行檢測，有效規(guī)避了計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件系統(tǒng)自身的安全缺陷、硬件木馬/邏輯炸彈，保證了檢測操作的獨(dú)立性和有效性。4、硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)上執(zhí)行的安全檢測操作是與計(jì)算節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)運(yùn)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述方法在虛擬機(jī)監(jiān)控器中設(shè)置有安全監(jiān)控器，同時(shí)在與計(jì)算節(jié)點(diǎn)相連接處設(shè)置有獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)，虛擬機(jī)監(jiān)控器與所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過安全監(jiān)控器和硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)監(jiān)控器的安全檢測。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述方法在虛擬機(jī)監(jiān)控器中設(shè)置有安全監(jiān)控器，同時(shí)在與計(jì)算節(jié)點(diǎn)相連接處設(shè)置有獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)，虛擬機(jī)監(jiān)控器與所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信，通過安全監(jiān)控器和硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對虛擬機(jī)監(jiān)控器的安全檢測。2.如權(quán)利要求1所述的基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述安全監(jiān)控器采用和虛擬機(jī)監(jiān)控器相同的粒度來監(jiān)控相關(guān)的進(jìn)程和操作，采集相關(guān)的進(jìn)程和操作的運(yùn)行參數(shù)供硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)做實(shí)時(shí)的分析，對虛擬機(jī)監(jiān)控器的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行分析，并對發(fā)現(xiàn)的攻擊行為采取相關(guān)的對策和防護(hù)處理。3.如權(quán)利要求2所述的基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于在采集相關(guān)的進(jìn)程和操作的運(yùn)行參數(shù)這些關(guān)鍵的運(yùn)行節(jié)點(diǎn)上，安全監(jiān)控器采集虛擬機(jī)監(jiān)控器的實(shí)時(shí)存儲映像，通過獨(dú)立的硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)對其完整性進(jìn)行快速檢測，有效防御惡意軟件的入侵。4.如權(quán)利要求1所述的基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)是由一個(gè)接口與路由芯片和一組安全監(jiān)控芯片組成，所述安全監(jiān)控芯片具有多個(gè)，通過接口與路由芯片與虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行通信，同時(shí)，芯片之間的通訊均采用安全加密的形式進(jìn)行，保證了攻擊者即使能夠偵聽和獲取芯片間的通訊內(nèi)容，也無法破解這些加密的通訊數(shù)據(jù)。5.如權(quán)利要求4所述的基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的程序代碼均存儲在安全監(jiān)控芯片中，系統(tǒng)上電時(shí)通過密碼安全通道將這些代碼上載到計(jì)算節(jié)點(diǎn)平臺上，保證了系統(tǒng)檢測的可信根不依賴于計(jì)算節(jié)點(diǎn)硬件電路的安全性。6.如權(quán)利要求1所述的基于安全芯片的虛擬機(jī)監(jiān)控器動態(tài)完整性檢測方法，其特征在于所述計(jì)算節(jié)點(diǎn)運(yùn)行過程中虛擬機(jī)監(jiān)控器進(jìn)行動態(tài)檢測，所述動態(tài)檢測的步驟為：101、從硬件安全監(jiān)控系統(tǒng)上載虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器；102、啟動虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器，虛擬機(jī)監(jiān)控器和安全監(jiān)控器的代碼通過計(jì)算...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張景，
申請(專利權(quán))人：深圳前海生生科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44