[发明专利]一种面向云环境的可信平台模块两阶段密钥复制方法

说明书

本发明公开了一种面向云环境的可信平台模块两阶段密钥复制方法，涉及云计算和系统安全领域，该方法在云密钥服务器中将对密码的标准的TPM 2.0实体复制行为通过软件模拟的方式拆分为上半部分和下半部分，其中上半部分发生在密钥准备阶段，云密钥服务器根据租户自定义密码使用对称加密使得密钥和云租户绑定；下半部分发生在密钥部署阶段，云密钥服务器根据目标TPM芯片中的一个公钥证书使用非对称加密使得密钥和目标TPM芯片绑定。该两阶段密钥复制方法严格按照标准TPM 2.0实体复制协议来完成，具备高兼容性和高适用性。使用该方法具备高安全性，租户密钥直接以密文形式保存，无需引入硬件安全模块，并可将租户密钥灵活地部署到多个计算实例的目标TPM芯片中。

技术领域

本发明涉及云计算和系统安全领域，尤其涉及一种面向云环境的可信平台模块两阶段密钥复制方法。

背景技术

云计算通过提供弹性可伸缩的计算机系统资源(以虚拟机或者容器形式呈现)，使得客户，其实是服务提供商，可以专注于他们自己的核心业务，而无需自建并管理IT基础设施。目前，云计算已经得到广泛部署和使用，RightScale 2019云报告显示，94％的受访企业使用云服务，并且公有云的使用率已高达91％。为了提高硬件利用率并降低成本，绝大多数公有云服务提供商采用多租户(Multi-tenancy)形式来允许不同租户的计算实例运行在同一台物理服务器上。

然而，多租户云也来了安全上的新挑战：如果客户的私密数据，尤其是密钥(cryptographic keys)，需要迁移到云计算实例中，而底层系统资源却需要和其他未知的租户共享，那么客户私密数据的安全性将会变成一个重要议题。研究者已经证实了一系列的跨租户侧信道攻击(Cross-tenant Side-channel Attacks)可以打破虚拟化隔离并从同一宿主机上的(Co-resident)受害者虚拟机/容器中窃取密钥信息。

可信平台模块(Trusted Platform Module，TPM)，作为一款由可信计算组织(Trusted Computing Group，TCG)进行标准化的安全芯片(Secure Cryptoprocessor)，可以提供一系列硬件级别的安全功能，比如平台可信根(Root of Trust)，可信认证(Attestation)，数据密封(Sealing)，密钥生成，保护性存储(Protected Storage)以及加解密服务。最新的TPM规范是TPM 2.0。如今，许多移动设备、个人计算机以及服务器都已经配备了可信平台模块；而且，已经有许多研究使用可信平台模块来构建可信的操作系统、移动服务或云服务。

对于多租户云(Multi-tenant Clouds)来说，可信平台模块(TPM)可以用于保护租户的密钥安全。租户可以将密钥上传至可信的云密钥服务器(In-cloud Key Server)，当该租户的某个计算实例(虚拟机或容器)需要使用密钥时，则向密钥服务器发送请求；密钥服务器使用TPM 2.0实体复制协议(Duplication Protocol)将对应密钥安全地导入目标计算实例的目标TPM芯片中，供租户使用。

对于多租户云(Multi-tenant Clouds)来说，可信平台模块(TPM)可以用于保护租户的密钥安全。租户可以将密钥上传至可信的云密钥服务器(In-cloud Key Server)，当该租户的某个计算实例(虚拟机或容器)需要使用密钥时，则向密钥服务器发送请求；密钥服务器使用TPM 2.0实体复制协议(Duplication Protocol)将对应密钥安全地导入目标计算实例的目标TPM芯片中，供租户使用。

尽管借助云密钥服务器(In-cloud Key Server)和可信平台模块(TPM)，可以在多租户云中实现租户密钥的有效管理和保护，但仍需解决如下一个问题：如何在云密钥服务器中保护租户密钥的安全。这里先对比分析已有的几种解决方案：