使用硬件信任根解碼軟件安全性

軟件的最大優(yōu)勢(shì)在于它可以改變——它可以針對(duì)新需求和新情況進(jìn)行增強(qiáng)、升級(jí)、修復(fù)和修改。同時(shí)，軟件的最大弱點(diǎn)是可以更改和修改以復(fù)制不良行為。

軟件安全的一個(gè)主要目標(biāo)是僅允許被授權(quán)實(shí)體更改軟件，并防止未經(jīng)授權(quán)的實(shí)體更改軟件。如果做不到這一點(diǎn)，您希望能夠檢測(cè)軟件是否已更改。這一目標(biāo)，即預(yù)防和檢測(cè)未經(jīng)授權(quán)的更改，是受信任軟件的核心。

問題是，你怎么知道你可以信任一個(gè)軟件？一種方法是讓您信任的實(shí)體證明該軟件是可信的。這方面的一個(gè)例子是僅安裝來自“已知良好”或受信任來源的軟件。您還應(yīng)該使用加密技術(shù)檢查軟件的簽名。例如，開發(fā)人員可以使用Linuxrpm 軟件包格式和 rpm 實(shí)用程序在安裝之前驗(yàn)證其軟件包的加密哈希。這是使用 rpm 的正常部分，有助于檢測(cè)通過惡意操作或數(shù)據(jù)損壞修改的軟件包。

然而，這僅僅是個(gè)開始——信任和驗(yàn)證必須貫穿整個(gè)軟件開發(fā)鏈。例如，執(zhí)行轉(zhuǎn)速檢查的軟件必須是可信的?？梢允褂孟到y(tǒng)完整性實(shí)用程序檢查 rpm 軟件。但是，系統(tǒng)完整性實(shí)用程序也必須是可信的。這可以在Linux內(nèi)核中完成（它集成了某些系統(tǒng)完整性檢查功能。然后，Linux 內(nèi)核必須由引導(dǎo)加載程序進(jìn)行驗(yàn)證，這可以通過 UEFI 固件和安全啟動(dòng)進(jìn)行驗(yàn)證。UEFI 固件可以檢查其自身的完整性。是信任自始至終！

但 UEFI 固件是軟件。特殊軟件，具有多次完整性檢查和特殊更新過程，但它仍然是軟件。如果資源充足，即使是 UEFI 固件也可能受到損害。一旦系統(tǒng)固件遭到入侵，系統(tǒng)中的任何其他內(nèi)容都無法信任。

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在系統(tǒng)之外，公鑰加密（PKC）可以提供一種強(qiáng)大的方法來驗(yàn)證系統(tǒng)的身份并執(zhí)行安全操作。PKC 使用一對(duì)密鑰 – 公鑰和私鑰。只要私鑰受到保護(hù)，加密就是安全的。不幸的是，如果系統(tǒng)受到損害，私鑰也會(huì)受到損害，并且實(shí)際的加密操作可能會(huì)被暫停。如果您需要信任系統(tǒng)，這不是一件好事！

一個(gè)答案是使用不可變的硬件。例如，通過在生產(chǎn)過程中熔斷一組芯片級(jí)保險(xiǎn)絲，可以在硬件中固定 CPU 序列號(hào)。不幸的是，此CPU序列號(hào)將由軟件讀取和傳輸。如果系統(tǒng)遭到入侵，軟件可以返回任何序列號(hào)。

另一個(gè)答案是使用特殊的安全處理器 - 專用計(jì)算機(jī)，它只執(zhí)行一小部分安全和加密功能，并提供不可變的硬件信任根，其中包括幾個(gè)關(guān)鍵屬性。在硬件信任根中，安全處理器及其軟件和內(nèi)存是獨(dú)立的，旨在抵御物理攻擊或危害。軟件硬編碼到芯片中，無法修改或更新;它是真正的只讀。安全處理器中包含有限數(shù)量的非易失性存儲(chǔ);此存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)加密密鑰和哈希。安全處理器包括一組強(qiáng)大的加密功能，包括加密和解密、哈希和加密密鑰生成，所有這些都是使用定義良好的 API 執(zhí)行的。

使用硬件信任根，可以在安全處理器內(nèi)生成公鑰和私鑰對(duì)。私鑰可以保留在處理器內(nèi)部，永遠(yuǎn)不會(huì)暴露給系統(tǒng)。在此模式下，私鑰永遠(yuǎn)不會(huì)存在于處理器之外，并且無法檢索或泄露。

這種安全處理器可用于為構(gòu)建可信系統(tǒng)提供起點(diǎn)，方法是使用它來證明最低級(jí)別的 UEFI ［統(tǒng)一可擴(kuò)展固件接口］ 固件的完整性，然后構(gòu)建完整且受信任的軟件堆棧。這正是將受信任的處理模塊 （TPM） 與 UEFI 安全啟動(dòng)結(jié)合使用以實(shí)現(xiàn)受信任啟動(dòng)時(shí)所做的操作。

TPM 在服務(wù)器、臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦系統(tǒng)中廣泛使用。它還可用于高端物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 和嵌入式系統(tǒng)。

TPM通常作為單獨(dú)的芯片實(shí)現(xiàn)，安全處理器也被集成到標(biāo)準(zhǔn)CPU中。這方面的例子包括 ARM TrustZone 和 AMD 安全處理器。英特爾正在添加軟件防護(hù)擴(kuò)展 （SGX），提供硬件強(qiáng)制的安全功能。

不幸的是，這些安全功能并沒有像它們應(yīng)該的那樣廣泛使用。我鼓勵(lì)任何實(shí)施安全敏感系統(tǒng)（實(shí)際上應(yīng)該是所有系統(tǒng)）的人考慮在其系統(tǒng)上使用可用硬件信任根的安全功能。

審核編輯：郭婷