可信平台模块安全性分析与应用

论文摘要

在可信计算技术中,可信平台模块是可信计算技术的核心。可信平台需要可信平台模块的可信测量能力,可信存储能力和可信的报告能力,向用户证实平台是可信的。然而当前人们主要关心可信平台模块的实现以及其上的应用开发,却很少讨论可信平台模块本身的安全性。这样一方面很难使人们相信可信平台模块本身是安全的,另一方面也不能很好的将可信平台模块应用到安全领域中。在这种情况下,本论文对可信平台模块的安全性进行分析,以得出可信平台模块是否安全,能否改进可信平台模块的安全性,和怎样更好的使用可信平台模块。在分析完可信平台模块的安全性后,具体实现了可信平台模块,并用实现的可信平台模块验证了对可信平台模块的安全性分析。最后基于可信平台模块,开发了两个新的应用模型,以验证可信平台模块的能力。可信平台模块的各种能力是以API(Application Programming Interface)方式提供的,但这些可信平台模块API是否安全,在可信平台模块规范中没有涉及,也没有保证。因此,对可信平台模块API的安全性进行分析是十分必要的。首先,在论文中用一阶逻辑语言建立可信平台模块API的形式化模型,然后对建立的形式化模型进行逻辑推理分析。为帮助对模型进行推理分析,还采用了人工智能中的自动推理技术,编写了自动推理程序。通过推理分析,发现了可信平台模块API的一些安全漏洞。基于分析结果,提出对可信平台模块规范的改进措施。可信平台模块的密码学协议亦是可信平台模块安全的基础。因此,也对可信平台模块密码学协议的安全性进行了分析。首先,使用的SVO逻辑建立可信平台模块密码学协议的形式化描述,然后进行推理分析。在推理分析中,也发现了可信平台模块密码学协议的一些安全漏洞,并在分析的基础上修复了这些安全漏洞。在分析完可信平台模块的安全性之后,实现了可信平台模块。其中,重点改进了可信平台模块所用的两个算法:密钥生成算法和求模拟元算法。对于密钥生成算法,通过理论分析和大量的试验,找到了最适合可信平台模块环境下的密钥生成方法。对于求模逆元算法,在扩展欧拉算法的基础上,提出了一种新的求模逆元算法,该算法比扩展欧拉算法不仅内存所需更少,而且运行速度更快。这些算法有效地解决了在实现可信平台模块中的技术难题,提高了可信平台模块的运行效率。最后基于可信平台模块,开发了两个新的应用模型。一个是一种新的监控方法,该监控方法能使管理中心获知被管理设备当前是否处于可信状态,从而使管理中心能够确定被管理设备当前是否存在未知的攻击。另一个是一种新的CA(Certificate Authority)方案,该方案不仅解决CA抵抗外部攻击的问题,而且也解决了CA抵抗内部攻击的问题。通过两个新的基于可信平台模块的应用模型开发,验证了可信平台模块的能力。

论文目录

• 第一章 引言
• 1.1 开展本课题研究的意义
• 1.1.1 可信计算是当代计算中重要的研究领域
• 1.1.2 信息安全技术本身的发展需要对可信计算的研究
• 1.1.3 当前安全保证技术还不能令人满意，促使可信计算研究的发展
• 1.1.4 可信平台模块是可信计算的基石
• 1.2 国内外研究现状分析
• 1.3 技术路线
• 1.4 本文的贡献
• 1.5 论文的组织
• 第二章 可信计算
• 2.1 可信计算（Trusted Computing）
• 2.1.1 可信计算历史
• 2.2 可信平台（Trusted Platform）
• 2.2.1 可信平台特征
• 2.2.2 可信平台使用场景
• 2.3 可信平台模块（Trusted Platform Module）
• 2.3.1 TPM的特征
• 2.3.2 TPM的结构
• 2.3.3 TPM的API
• 2.3.4 TPM的密码学协议
• 2.4 本章小结
• 第三章 TPM API安全性分析
• 3.1 密码学API
• 3.1.1 密码学API分析概述
• 3.1.2 密码学API的形式化描述
• 3.1.3 自动推理技术
• 3.1.4 自动推理程序
• 3.1.5 密码学API分析体验
• 3.2 TPM API安全性分析
• 3.2.1 TPM内部状态
• 3.2.2 密钥管理模块
• 3.2.3 密钥迁移模块
• 3.2.4 委托模块
• 3.2.5 其它模块
• 3.2.6 TPM API形式化模型
• 3.3 对TPM API的攻击
• 3.3.1 迁移模块的攻击
• 3.3.2 委托模块的攻击
• 3.3.3 迁移模块的攻击二
• 3.3.4 密钥管理模块的攻击
• 3.4 TPM API安全机制讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 TPM密码学协议分析
• 4.1 密码学协议
• 4.1.1 密码学协议的安全性
• 4.1.2 密码学协议的分析
• 4.1.3 SVO逻辑
• 4.2 TPM授权协议概述
• 4.3 对象无关授权协议（OIAP）
• 4.3.1 OIAP协议的逻辑描述
• 4.3.2 OIAP的安全性分析
• 4.3.3 OIAP协议分析结果和讨论
• 4.4 特定对象授权协议（OSAP）
• 4.4.1 OSAP协议的逻辑描述
• 4.4.2 OSAP的安全性分析
• 4.4.3 对OSAP协议的攻击
• 4.4.4 OSAP协议漏洞修补
• 4.5 特定委托授权协议（DSAP）
• 4.5.1 DSAP协议的逻辑描述
• 4.5.2 DSAP的安全性分析
• 4.5.3 对DSAP协议的攻击
• 4.5.4 DSAP协议漏洞修补
• 4.6 其它协议
• 4.6.1 授权数据插入协议（ADIP）
• 4.6.2 授权数据更改协议（ADCP）
• 4.6.3 非对称授权更改协议（AACP）
• 4.7 本章小结
• 第五章 TPM实现中的关键算法
• 5.1 密钥生成算法
• 5.1.1 素数测试
• 5.1.2 素数寻找
• 5.1.3 密钥生成
• 5.2 一种新的求模逆元算法
• 5.2.1 扩展欧拉算法分析
• 5.2.2 改进的求模逆元算法
• 5.2.3 运行结果比较
• 5.3 本章小结
• 第六章 TPM的应用
• 6.1 基于TPM的监控系统
• 6.1.1 应用背景
• 6.1.2 基于TPM的解决方法
• 6.1.3 结论
• 6.2 基于TPM的CA系统
• 6.2.1 应用背景
• 6.2.2 现有CA方案的分析
• 6.2.3 基于TPM的CA方案
• 6.2.4 安全性分析
• 6.2.5 结论
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 下一步研究方向
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历