[发明专利]基于TPM的虚拟机安全协议方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种计算机应用技术领域的方法及系统，具体是一种基于TPM的虚拟机安全协议方法及系统。 

背景技术

随着计算系统的资源不断扩展、处理能力不断增强、应用需求不断提高、多核高性能处理器不断普及，寻求如何利用和发挥计算机强大功能已成为未来信息技术领域面临的重大挑战。计算机系统的虚拟化技术作为一种新型的计算机技术，极大地提高了计算机系统的资源利用率，从而挖掘了计算机系统闲置的计算潜力，最大地发挥了计算机系统的处理能力。 

除此以外，虚拟化计算机系统(虚拟机)还具有以下特性： 

1、易牵引性。完整地克隆传统计算机系统的硬件和软件环境和状态是相当困难的。然而，完整地克隆虚拟机的硬件和软件环境却是相当容易的。虚拟机的这一特性满足了很多应用场景的需求。 

2、隔离性。同一物理计算机系统上的虚拟机之间可以达到物理计算机系统之间的隔离程度。这一特性可以使虚拟机之间互不影响，独立工作。 

3、可伸缩性。虚拟机的实际物理计算资源可由系统本身或系统管理员根据应用进行合理分配和动态调整。这一特性使各个虚拟机按需分配物理计算资源成为可能。 

虚拟化技术的逐渐普及和应用使其安全问题也越来越被重视，虚拟机中安全性的基础是各个通信实体的真实性，即通信双方能够在通信前确认对方的身份，并且只与合法的通信人进行通信。这就需要一种安全协议方法及系统来保证。 

经对现有技术文献的检索发现，IBM公司的Stefan Berger等人在“Security’06：15th USENIX Security Symposium”(2006年第十五届USENIX安全技术研讨大会)上发表的“vTPM：Virtualizing the Trusted Platform Module”(vTPM：虚拟化可信计算模块)，提出了虚拟化可信计算模块，这种虚拟化可信模块 被部署在每一个虚拟机上，从而解决了多个虚拟机共享一个硬件可信计算模块的问题。其不足在于：仅仅提出了一种在虚拟机环境下共享一个硬件可信计算模块TPM的方法，而未解决虚拟机环境下如何利用这个硬件可信计算模块TPM来保证虚拟环境下的通信安全。而传统的安全协议方法及系统不适用于虚拟机环境下的新特点、新需求，主要表现在：1、虚拟机之间的通信与传统的计算机系统不同，虚拟机之间的通信可能是两台物理计算机之间的通讯，也可能是一台物理计算机内部的通信；2、一台物理计算机上可以部署多台虚拟机，不能简单地以物理计算机的硬件区别标识不同的虚拟机；3、一台虚拟机上还可以进一步嵌套部署多台虚拟机，这就引入了新的复杂性。 

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足，提出了一种基于TPM的虚拟机安全协议方法及系统，首先，本发明提供一种虚拟机环境下的身份认证协议，来保证通信者身份的真实性；其次，本发明保证虚拟机环境下通信者之间的通信内容是保密的，防止传输路径上的其它结点得到通信的内容；最后，本发明为了高效合理地保证虚拟机内的安全性的正确性和可靠性，将安全问题归结一个完全可信的实体——硬件可信计算模块(TPM)上。因此，只要保证硬件可信计算模块的安全性，则整个虚拟机环境中的安全性也可以得到保证。 

本发明是通过以下技术方案实现的。 

本发明涉及一种基于TPM的虚拟机安全协议方法，包括如下步骤： 

步骤一，特权虚拟机分别为两个需要进行通信的非特权虚拟机初始化并建立非特权虚拟机的身份信息，特权虚拟机是唯一能够与TPM直接交互的虚拟机，TPM是初始状态下唯一可信的通信实体； 

步骤二，两个非特权虚拟机双向之间互相鉴别身份，以确认双方的身份信息是真实的并且符合进行实质通信的条件； 

步骤三，如果步骤二成功，则两个需要通信的非特权虚拟机之间进行实质的通信；

步骤四，当非特权虚拟机的密钥或证书过期时，特权虚拟机会强制更新其密钥或证书，以确保两个非特权虚拟机在长时间的通信过程中仍然是安全的。 

所述初始化并建立非特权虚拟机的身份信息，包括如下具体步骤：

第一步，需要进行通信的某非特权虚拟机向特权虚拟机发送初始化请求，并将请求消息存储在特权虚拟机与非特权虚拟机之间的共享消息环中； 

第二步，非特权虚拟机通知特权虚拟机接收请求消息，特权虚拟机接收请求，特权虚拟机从它与非特权虚拟机之间的共享环中读取请求消息，并将初始化请求发送给TPM；