操作系统可信计算
介绍
可信计算（Trusted Computing）是一种旨在提高计算机系统安全性的技术。它通过硬件和软件的结合，确保系统在启动和运行过程中始终处于可信状态。可信计算的核心目标是防止恶意软件篡改系统，保护用户数据和隐私。
在操作系统中，可信计算通常通过**可信平台模块（TPM, Trusted Platform Module）和安全启动（Secure Boot）**等技术实现。这些技术确保操作系统在启动时加载的代码是经过验证的，并且在运行过程中不会被恶意修改。
可信计算的基本原理
可信计算的核心思想是建立一个信任链（Chain of Trust）。信任链从硬件开始，逐步扩展到操作系统和应用程序。以下是信任链的基本步骤：
- 硬件信任根（Root of Trust）：这是信任链的起点，通常是TPM芯片。TPM存储了系统的加密密钥和度量值，用于验证系统的完整性。
- 安全启动（Secure Boot）：在系统启动时，BIOS/UEFI会验证操作系统的引导加载程序（Bootloader）是否经过签名。如果验证通过，系统才会继续启动。
- 操作系统验证：操作系统启动后，会进一步验证内核和驱动程序的完整性。
- 应用程序验证：操作系统可以进一步验证应用程序的完整性，确保它们没有被篡改。
可信计算的实现
1. 可信平台模块（TPM）
TPM是一种硬件芯片，用于存储加密密钥和执行加密操作。它提供了以下功能：
- 密钥管理：生成和存储加密密钥。
- 完整性度量：记录系统启动和运行过程中的关键数据，用于验证系统的完整性。
- 远程证明：允许远程系统验证本地系统的可信状态。
2. 安全启动（Secure Boot）
安全启动是UEFI固件的一项功能，用于验证引导加载程序和操作系统的签名。如果签名验证失败，系统将拒绝启动。
# 示例：检查系统是否启用了安全启动
$ mokutil --sb-state
SecureBoot enabled
3. 操作系统验证
操作系统可以通过**完整性度量架构（IMA, Integrity Measurement Architecture）**等技术，进一步验证内核和驱动程序的完整性。
# 示例：查看IMA日志
$ cat /sys/kernel/security/ima/ascii_runtime_measurements
实际应用场景
1. 企业数据保护
在企业环境中，可信计算可以确保员工的设备在启动和运行过程中没有被恶意软件感染。通过远程证明，企业可以验证设备的安全性，确保敏感数据不会被泄露。
2. 云计算安全
在云计算环境中，可信计算可以确保虚拟机在启动时加载的镜像是经过验证的。这可以防止恶意用户篡改虚拟机镜像，保护云服务提供商和客户的数据安全。
3. 物联网设备安全
物联网设备通常部署在不受控的环境中，容易受到攻击。可信计算可以确保物联网设备在启动和运行过程中始终处于可信状态，防止恶意软件篡改设备行为。
总结
可信计算通过建立信任链，确保系统在启动和运行过程中始终处于可信状态。它结合了硬件和软件技术，提供了强大的安全保障。可信计算在企业数据保护、云计算安全和物联网设备安全等领域有着广泛的应用。
附加资源
练习
- 检查你的系统是否启用了安全启动。
- 了解如何在Linux系统中启用IMA，并查看IMA日志。
- 研究TPM芯片的功能，并尝试生成和存储一个加密密钥。
如果你对可信计算感兴趣，可以进一步研究**可信执行环境（TEE, Trusted Execution Environment）和硬件安全模块（HSM, Hardware Security Module）**等相关技术。