谢谢您的订阅!
当新的内容发布后您将开始接收邮件。您也可以点击邮件内的链接随时取消订阅。关闭Close

公有云的机密计算:隔离和远程证明说明

by Canonical on 14 March 2023

在本博客系列的第一部分,我们探讨了运行时的(不)安全挑战,它会使您的代码和数据易受到公有云基础架构的特权系统软件及其管理员的攻击。此外,我们还引入了可信执行环境和机密计算(CC,Confidentail Computing)的概念,作为应对本次挑战的范例。CC 采用务实的方法:它认为由云系统软件引导的执行环境并不可靠,建议在隔离的可信执行环境中(TEE,Trusted Execution Environment)运行安全敏感工作负载。TEE 的安全保证根植于平台的深层硬件层中;安全声明可以远程验证。

但是机密计算的工作原理是什么呢?为了更详细了解 TEE 和 CC,我们需要了解隔离和远程证明。

为了能够对 TEE 和机密计算展开思考,我们需要了解两个主要的原语:

  1. 孤立 – isolation
  2. 远程证明 – remote attestation

而这正是第二个博客部分所探讨的内容。接下来就让我们开始吧!

隔离

依靠硬件隔离来创建具备更好安全保证的 TEE 的想法屡见不鲜。多年来,人们已开发了各种方法来实现硬件 TEE。从较高级别来看,可将其分为物理隔离方法和逻辑隔离方法。

物理隔离

代码在物理隔离的处理器中运行,该处理器不与不可信的执行环境共享任何上下文。比较突出的示例有协处理器、智能卡和安全模块。此类解决方案由于完全隔离,因此针对主机平台侧信道攻击具有高度可靠的保护。然而,它们缺乏对系统内存的直接访问权限。此外,它们的计算资源也十分有限。

多重逻辑隔离

安全敏感的工作负载在同一个主机商用处理器中运行,并共享其同一个物理执行上下文。但是,其执行在逻辑上与主 CPU 相互隔离,如下所示:

1. 通过主内存加密进行的内存隔离:

与在运行时将工作负载的代码和数据以明文形式保存到系统内存不同,许多具有机密计算能力的 CPU,

都在其内存控制器中嵌入了新的 AES-128 硬件加密引擎,负责在每次内存读/写时加密/解密内存页。因此,从内存中或易受攻击的操作系统中抓取数据的恶意系统管理员只能访问到加密的密文。加密密钥在硬件级别得到进一步的保护和管理,任何云的特权系统软件及其管理员都无法访问。

2. 其他基于 CPU 的硬件访问控制机制:

虽然加密操作保护了机密工作负载内存页的机密性,但其他类型的攻击仍然可能发生。例如,恶意主机操作系统可能会将同一个内存页分配给两个不同的进程。此外,作为重放攻击,它还可能更改您的加密内存值,从而无法保证机密工作负载的完整性。为了解决这一问题,具有机密计算能力的 CPU 实现了新的指令和新的数据结构,可帮助审计通常由特权系统软件执行的安全敏感任务,例如内存管理和对平台设备的访问。例如,用于读取映射到机密工作负载的内存页的新指令还应该返回上一次写入该页的前一个值,以便减少数据损失和重复攻击。

远程证明

好了,现在您的工作负载安全地运行在其自身的隔离可信执行环境中了。那么,是否真正安全地运行?如何验证您的云供应商未以正常的非机密方式部署您的工作负载?如何了解它是否将您的工作负载配置为真正的硬件 TEE?如果这样,如何验证其系统软件已经按照您希望的方式将应用程序加载到 TEE?您只能相信云供应商所说吗?大可不必。相反,在将机密配置到硬件 TEE 中并信赖其结果之前,应充分利用硬件 TEE 的远程证明功能。

至少,远程证明为您提供一个加密证明,包括:

  1. 可证明加载到 TEE 的软件完整性的度量/散列
  2. 散列上的加密签名,证实了所用的云 TEE 硬件是真实的,且未撤销

远程证明实施细节取决于底层硬件 TEE 和公有云供应商,这将是本系列下一篇博客探讨的主题。

公有云中的机密计算

机密计算是一种全行业性的工作,需要多方利益相关者的合作。在硬件方面,硅供应商已投入大量资源,来完善其 TEE 产品。举几个例子,我们的 X86 架构上有 Intel SGX、Intel TDX 和 AMD SEV;ARM 生态系统方面有 TrustZone 和即将推出的 ARM CCA;RISC-V 架构上有 Keystone。

公有云供应商(简称 PCP)一直是硬件可信执行环境的主要采用者之一。为了使用户更轻松运行机密工作负载,PCP 一直都致力于实现「迁移和提升」方法,通过该方法,整个虚拟机可在 TEE 中稳定地运行。

这意味着,开发者无需重构或重写他们的机密应用程序;而且这也意味着,客户操作系统需要优化,以支持用户应用程序充分利用平台的底层硬件 TEE 功能,并在虚拟机启动和休息时进一步保护虚拟机。

Google 云集团产品经理 Nelly Porter 表示:“Google 云控制台上提供了经优化的 Ubuntu LTS 图像,这些图像利用 Google 云的机密计算保护使用中的数据安全”“与 Canonical 一起,让基于 Ubuntu 的机密虚拟机部署变得简单易用。”

今天,我们的云机密计算组合包括 Google 云上的机密虚拟机。而这仅仅是开始!

Canonical 致力于实现机密计算的愿景,这仅仅标志着 Ubuntu 在各种公有云和计算类的机密计算能力的开始。我们期待着分享更多关于我们不断扩大的产品组合的新闻,并了解您利用机密计算的新方法。

更多资源

订阅博客文章

订阅您感兴趣的主题

在提交此表格的同时,我确认已阅读和同意的隐私声明隐私政策。

查看更多内容

Canonical 获得 ISO/SAE 21434 认证,强化了汽车网络安全标准

经过认证的网络安全流程有助于保护下一代互联汽车 Canonical 自豪地宣布,其安全管理系统经过全球知名认证提供商 TÜV SÜD 的广泛评估,已获得 ISO/SAE 21434 认证。这一里程碑突出了 Canonical 在为汽车行业提供可信可靠的开源解决方案方面的领导地位。它强调了 Canonical 对三大关键业务支柱的承诺:强大的网络安全、符合全球行业标准以及为自动驾驶和智能汽车构建更安全的未来。 强大的汽车网络安全 随着车辆的互联程度越来越高,未经授权的访问、远程攻击和数据泄露的风险也显著增加。ISO/SAE 21434 为在整个车辆生命周期内管理这些风险提供了详细的框架。对于原始设备制造商和一级供应商来说,合规是在竞争激烈的市场中交付产品的关键。 Canon […]

NIS2 合规综合指南:第 1 部 — 了解 NIS2 及其范围

欧盟 NIS2 指令呼吁加强整个欧盟的网络安全,目前已在所有成员国生效。在这个由三部分组成的博客系列中,我将解释 NIS2 是什么,并帮助您了解它是否适用于贵公司,以及如何才能符合 NIS2。 在第一部分中,我将介绍 NIS2 是什么以及其与其前身 NIS 的区别和适用性,帮助您理解并判断它是否与您的公司相关。 NIS2简介 欧盟指令 2022/2555 或《网络和信息系统指令》(以下通常称为 NIS2 或欧盟 NIS2)是一项新的欧盟法规,适用于所有欧盟成员国,其目标是实现高水平的网络安全。该法规更新了 2016 年颁布的《网络和信息系统指令》(NIS 或 NIS1),并授权成员国对在欧盟地区提供关键服务的实体采用并严格执行更严格的网络安全要求。除非您的公司被视为小型/ […]

写给坚守CentOS的你-必知的六个关键点,助你做好准备

CentOS 7 的生产商在 2020 年宣布,CentOS 7 将于 2024 年 7 月达到生命周期结束(EoL)。如今,该日期已经过去,然而 CentOS 的故事还没有结束。有人预计 CentOS 用户数量会大幅下降,但数据显示,22% 的企业仍在使用 CentOS。  我们也许应该降低我们的期望:CentOS 7 的生命周期可能即将结束,但许多组织可能仍在考虑向新系统过渡却尚未实施。然而,CentOS 用户仍然必须面对这样一个事实:他们等待迁移的时间越长,就越难保持 CentOS 资产的安全和功能。坚持下去看起来很诱人,但是月复一月,年复一年,依赖关系将开始瓦解,手动修补工作量将增加,不兼容性将开始在整个堆栈中出现。  本篇博客适合仍在决定迁移到哪个系统的读者进行 […]