專利名稱：系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全審計(jì)，尤其涉及一種系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法。
背景技術(shù)：
系統(tǒng)日志提供了一種分析復(fù)雜系統(tǒng)過(guò)去和現(xiàn)在所處狀態(tài)的一種手段，幾乎每個(gè)大型的系統(tǒng)都會(huì)有日志機(jī)制。對(duì)于攻擊者來(lái)說(shuō)，日志是主要的攻擊目標(biāo)，因?yàn)槿罩局邪艘恍C(jī)密數(shù)據(jù)，如電子政務(wù)信息網(wǎng)站的登錄和修改記錄，銀行的交易記錄，攻擊者的入侵證據(jù)等等。在大多數(shù)情況下，日志經(jīng)常存儲(chǔ)在文本文件中，由操作系統(tǒng)的訪問(wèn)控制機(jī)制來(lái)保護(hù)日志記錄。但是由這種機(jī)制所保護(hù)的日志不能保證日志記錄的真實(shí)性和完整性，而且備份機(jī)制存在很多問(wèn)題，所以需要提供日志系統(tǒng)本身的靈活性，依靠日志系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)制來(lái)保護(hù)日志。目前已經(jīng)提出了一些安全審計(jì)日志機(jī)制來(lái)增強(qiáng)計(jì)算平臺(tái)的日志系統(tǒng)的安全性。
安全審計(jì)日志機(jī)制不僅能夠記錄用戶的行為，同時(shí)能夠檢測(cè)到篡改日志的行為。這種機(jī)制的特征有防篡改(Temper Resistance)保證除了日志的創(chuàng)建者之外，其它主體不能創(chuàng)建日志。一旦日志已經(jīng)創(chuàng)建，就不能更改。我們不能阻止已經(jīng)攻破系統(tǒng)的攻擊者將來(lái)在日志系統(tǒng)中添加自己的日志，也不能阻止攻擊者刪除日志。安全審計(jì)日志是一種對(duì)日志進(jìn)行有效的保護(hù)的技術(shù)手段，目的是保證攻擊者不能改變已經(jīng)存在的日志。如果試圖刪除這些日志，可以被日志系統(tǒng)檢測(cè)到。
可驗(yàn)證性(Verifiability)必須有辦法檢查日志中所有的條目都存在，并且沒(méi)有被修改過(guò)。日志可以是公開(kāi)的驗(yàn)證，任何人都可以驗(yàn)證，或者可以由一個(gè)可信的驗(yàn)證者來(lái)做驗(yàn)證。Hash鏈?zhǔn)侵С挚沈?yàn)證性的一個(gè)比較好的辦法。
數(shù)據(jù)訪問(wèn)控制和可搜索性審計(jì)日志中的很多數(shù)據(jù)是很敏感的，必須加密。但是為了使這些日志有用，又必須使得這些審計(jì)日志可以搜索。
目前已經(jīng)國(guó)際上已經(jīng)提出了一些安全審計(jì)日志的機(jī)制。如Mihir Bellare提出了安全審計(jì)日志的前向安全性問(wèn)題，提出了一種機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)一條日志鏈(M.Bellare，B.S.Yee，“Forward Integrity For Secure Audit Logs”1997 University of California，SanDiego.)，能夠檢測(cè)到試圖改變或者刪除日志系統(tǒng)的動(dòng)機(jī)，可以提供驗(yàn)證功能，減少了對(duì)持有驗(yàn)證密鑰的驗(yàn)證者的依賴。該安全審計(jì)日志機(jī)制具有防篡改和可驗(yàn)證的特性。
所有的這些安全審計(jì)日志機(jī)制都需要借助于一臺(tái)可信服務(wù)器才能完成所需要的日志的創(chuàng)建和訪問(wèn)功能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，基于可信虛擬平臺(tái)創(chuàng)建和訪問(wèn)系統(tǒng)日志，消除對(duì)可信服務(wù)器的依賴，并保證日志數(shù)據(jù)的保密性和完整性。
本發(fā)明的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其步驟包括創(chuàng)建系統(tǒng)日志1)運(yùn)行于可信虛擬平臺(tái)操作系統(tǒng)層用戶模式下的安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求運(yùn)行于可信硬件層安全內(nèi)核上的可信日志服務(wù)模塊產(chǎn)生秘密控制信息；2)可信日志服務(wù)模塊生成秘密控制信息，該秘密控制信息中包括用于加密系統(tǒng)日志的加密密鑰，用于保護(hù)系統(tǒng)日志完整性的認(rèn)證密鑰，并向安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送秘密控制信息，由安全審計(jì)守護(hù)模塊存儲(chǔ)該秘密控制信息；3)安全審計(jì)守護(hù)模塊生成日志明文信息，創(chuàng)建系統(tǒng)日志，系統(tǒng)日志包括訪問(wèn)控制信息，日志明文信息，和完整性保護(hù)信息，其中訪問(wèn)控制信息和日志明文信息由加密密鑰加密，完整性保護(hù)信息由認(rèn)證密鑰認(rèn)證；4)該條系統(tǒng)日志由安全審計(jì)守護(hù)模塊存儲(chǔ)在可信虛擬平臺(tái)的傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的文件系統(tǒng)下；5)按照1)-4)步驟繼續(xù)創(chuàng)建下條系統(tǒng)日志；訪問(wèn)系統(tǒng)日志6)驗(yàn)證者向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送查看某條系統(tǒng)日志的請(qǐng)求消息；7)可信日志服務(wù)模塊向安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求傳送該條系統(tǒng)日志；8)安全審計(jì)守護(hù)模塊將該條系統(tǒng)日志發(fā)送給可信日志服務(wù)模塊；9)可信日志服務(wù)模塊根據(jù)該條系統(tǒng)日志的訪問(wèn)控制信息檢查驗(yàn)證者是否符合訪問(wèn)控制的要求，將系統(tǒng)日志、該條系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰發(fā)送給符合條件的驗(yàn)證者；10)驗(yàn)證者通過(guò)該條系統(tǒng)日志的完整性保護(hù)信息驗(yàn)證該條系統(tǒng)日志的完整性，解密得到日志明文信息。
本發(fā)明在創(chuàng)建第一條系統(tǒng)日志的秘密控制信息為初始秘密控制信息，后續(xù)創(chuàng)建的系統(tǒng)日志的秘密控制信息由創(chuàng)建上條系統(tǒng)日志的秘密控制信息通過(guò)函數(shù)運(yùn)算生成，如使用一個(gè)秘密函數(shù)或者是一個(gè)Hash函數(shù)作用于上條系統(tǒng)日志的秘密控制信息，產(chǎn)生當(dāng)前的秘密控制信息。
上述創(chuàng)建的系統(tǒng)日志存儲(chǔ)在本地后，安全審計(jì)守護(hù)模塊銷毀當(dāng)前的秘密控制信息。
本發(fā)明方法在安全審計(jì)守護(hù)模塊和可信日志服務(wù)模塊通信之前，通過(guò)離線的方式，由可惜平臺(tái)模塊生成用于雙方之間通信的加密密鑰和簽名密鑰，存放于可信平臺(tái)模塊內(nèi)部；所述加密密鑰和簽名密鑰都是非對(duì)稱密鑰，安全審計(jì)守護(hù)模塊和可信日志服務(wù)模塊知道彼此的簽名驗(yàn)證公鑰以及加密公鑰。
上述安全審計(jì)守護(hù)模塊收到可信日志服務(wù)模塊發(fā)送的秘密控制信息后，向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送經(jīng)簽名的回復(fù)消息，可信日志服務(wù)模塊驗(yàn)證該回復(fù)消息，驗(yàn)證通過(guò)后向安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送確認(rèn)消息，安全審計(jì)守護(hù)模塊收到確認(rèn)消息后創(chuàng)建系統(tǒng)日志。
所述的秘密控制信息，包括一個(gè)時(shí)間戳t1，該時(shí)間戳證明了安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求的產(chǎn)生時(shí)間；安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送的回復(fù)信息中也包括一個(gè)時(shí)間戳t2，可信日志服務(wù)模塊在驗(yàn)證回復(fù)消息時(shí)比較t1和t2，確認(rèn)回復(fù)消息的發(fā)送是否超時(shí)?？赏ㄟ^(guò)可信平臺(tái)模塊的單調(diào)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生上述時(shí)間戳。
本發(fā)明的可惜日志服務(wù)模塊和安全審計(jì)守護(hù)模塊的交互過(guò)程由虛擬平臺(tái)的內(nèi)核通信機(jī)制來(lái)承載，安全審計(jì)守護(hù)模塊向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送的請(qǐng)求消息中包含消息新鮮性標(biāo)識(shí)。
所述加密密鑰和認(rèn)證密鑰是對(duì)稱密鑰，密鑰生成過(guò)程為在第一次生成加密密鑰和認(rèn)證密鑰時(shí)，可信日志服務(wù)模塊通過(guò)可信平臺(tái)模塊生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后通過(guò)Hash函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)稱密鑰，在后續(xù)生成用于下一條目的加密密鑰和日志認(rèn)證密鑰時(shí)，將Hash函數(shù)直接作用于當(dāng)前系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰，生成下一條條目系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰。
所述的系統(tǒng)日志由可信平臺(tái)模塊進(jìn)行封裝存儲(chǔ)。
上述驗(yàn)證者可對(duì)可信日志服務(wù)模塊的完整性進(jìn)行驗(yàn)證。
驗(yàn)證者通過(guò)如下步驟驗(yàn)證可信日志服務(wù)模塊的完整性1)驗(yàn)證者請(qǐng)求驗(yàn)證可信日志服務(wù)模塊的完整性信息；2)安全審計(jì)守護(hù)模塊所在的可信虛擬平臺(tái)使用可信平臺(tái)模塊的AIK密鑰對(duì)當(dāng)前的PCR值簽名，將經(jīng)過(guò)簽名的PCR值和完整性度量日志發(fā)送給驗(yàn)證者；3)驗(yàn)證者通過(guò)PCR值驗(yàn)證完整性度量日志的完整性，保證該系統(tǒng)日志沒(méi)有被篡改；同時(shí)驗(yàn)證者驗(yàn)證完整性度量日志中的條目的正確性和合法性。
本發(fā)明還在可信虛擬平臺(tái)上建立一條信任鏈，在信任鏈建立的過(guò)程中，生成完整性度量日志，并且更新可信平臺(tái)模塊中的PCR值。
上述信任鏈的建立過(guò)程可采用下述方式1)首先計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，可信平臺(tái)模塊度量監(jiān)控器的完整性，對(duì)監(jiān)控器代碼做Hash運(yùn)算，更新PCR值和完整性度量日志，度量完成后，啟動(dòng)監(jiān)控器；2)監(jiān)控器度量安全內(nèi)核，度量完成之后啟動(dòng)安全內(nèi)核3)安全內(nèi)核度量可信日志服務(wù)模塊的完整性，度量完成之后，啟動(dòng)可信日志服務(wù)模塊。
所述的可信日志服務(wù)模塊和驗(yàn)證者之間的交互過(guò)程由SSL協(xié)議承載。
上述驗(yàn)證者發(fā)送給可信日志服務(wù)模塊的請(qǐng)求消息驗(yàn)證者的身份信息。
本發(fā)明是建立在可信虛擬平臺(tái)基礎(chǔ)上的，如圖1所示，可信虛擬平臺(tái)在層次結(jié)構(gòu)上主要分為三層，分別為可信硬件層/虛擬監(jiān)控器層/操作系統(tǒng)層。
可信硬件層是構(gòu)建可信虛擬平臺(tái)的基礎(chǔ)，由TPM/LT組成。TPM(可信平臺(tái)模塊)是遵循可信計(jì)算組織制定的規(guī)范的硬件模塊。該模塊具有加密解密等密碼學(xué)功能，而LT技術(shù)是Intel提出的一種支持虛擬技術(shù)的硬件結(jié)構(gòu)。
虛擬監(jiān)控器層，主要是在傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)和硬件層之間引入的一個(gè)中間層次，該層直接與硬件層交互，同時(shí)在該層次之上可以架設(shè)多個(gè)操作系統(tǒng)，不同的操作系統(tǒng)支持不同等級(jí)的安全應(yīng)用，如XEN虛擬監(jiān)控器。
操作系統(tǒng)層與傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是一樣的。
在本地可信虛擬平臺(tái)上引入如下兩個(gè)模塊可信日志服務(wù)模塊(trusted log service，簡(jiǎn)稱TLS)該模塊運(yùn)行于安全內(nèi)核之上，遠(yuǎn)程驗(yàn)證方可以通過(guò)遠(yuǎn)程證明驗(yàn)證可信日志服務(wù)的行為正確性。
安全審計(jì)守護(hù)模塊(secure logging daemon，簡(jiǎn)稱SLD)該模塊運(yùn)行于用戶模式之下，對(duì)運(yùn)行于傳統(tǒng)操作系統(tǒng)中的安全事件進(jìn)行記錄，并和可信日志服務(wù)通信，生成日志記錄。
位于普通模式的安全審計(jì)守護(hù)模塊生成系統(tǒng)日志時(shí)需要與可信日志服務(wù)模塊通信，該通信過(guò)程保證了生成的系統(tǒng)日志能夠防止攻擊者的篡改。
在TLS和SLD的交互過(guò)程中，通信消息通過(guò)TPM產(chǎn)生的密鑰進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)在系統(tǒng)日志的創(chuàng)建過(guò)程中，SLD需要向TLS請(qǐng)求得到日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰。
驗(yàn)證者需要查看系統(tǒng)日志時(shí)，需要與可信日志服務(wù)模塊通信，從可信日志服務(wù)模塊處得到所需要的日志信息。，不僅TLS需要驗(yàn)證驗(yàn)證者的完整性，而且驗(yàn)證者也需要驗(yàn)證TLS的完整性。驗(yàn)證方可以確信所接收到的日志是沒(méi)有經(jīng)過(guò)篡改的，同時(shí)被驗(yàn)證方即TLS也是真實(shí)可信的。驗(yàn)證方得到相關(guān)的日志條目的明文信息，但是不能得到其他日志文件中的日志條目的明文信息。
本發(fā)明在基于可信計(jì)算的虛擬平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)日志的創(chuàng)建和訪問(wèn)功能，由于用戶對(duì)TPM不可能在物理上，軟件上篡改，借助于TPM這個(gè)硬件信任根，系統(tǒng)日志的創(chuàng)建過(guò)程都是在本地以可信的方式創(chuàng)建的，可以將以前對(duì)服務(wù)器的信任轉(zhuǎn)移到可信平臺(tái)上來(lái)，利用可信平臺(tái)提供的遠(yuǎn)程證明和封裝存儲(chǔ)性質(zhì)，提高可信平臺(tái)日志存儲(chǔ)的可信度，不需要依賴于可信的第三方服務(wù)器，本機(jī)平臺(tái)便可完成高可信的安全審計(jì)。
基于可信平臺(tái)的系統(tǒng)日志創(chuàng)建和訪問(wèn)方法主要的特點(diǎn)在于1、將服務(wù)器的功能轉(zhuǎn)移到客戶端，消除對(duì)服務(wù)器的依賴，實(shí)現(xiàn)了分布式環(huán)境中無(wú)可信第三方的日志創(chuàng)建和訪問(wèn)方法2、對(duì)系統(tǒng)日志的創(chuàng)建和訪問(wèn)的協(xié)議流程進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，保證了日志數(shù)據(jù)的保密性和完整性。


圖1為基于可信虛擬平臺(tái)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意2為可信日志服務(wù)模塊和安全審計(jì)守護(hù)模塊的交互流程3為日志驗(yàn)證的過(guò)程具體實(shí)施方式
如圖1所示為最簡(jiǎn)化模式下的一種安全審計(jì)日志的結(jié)構(gòu)示意圖。在圖中，安全審計(jì)守護(hù)模塊(SLD)和可信日志服務(wù)模塊位于虛擬平臺(tái)上，該虛擬平臺(tái)可以是微軟的下一代操作系統(tǒng)Vista或者基于微內(nèi)核的系統(tǒng)平臺(tái)，如Nizza等。安全審計(jì)守護(hù)模塊運(yùn)行于傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)之上，如windows系統(tǒng)，該安全審計(jì)守護(hù)模塊負(fù)責(zé)生成日志信息，與可信日志服務(wù)模塊交互，保證生成的日志信息的防篡改。安全審計(jì)守護(hù)模塊保存有TPM產(chǎn)生的一對(duì)公私鑰對(duì)?？尚湃罩痉?wù)模塊運(yùn)行于可信模式下，可信日志服務(wù)模塊保存有TPM產(chǎn)生的一對(duì)公私鑰對(duì)，用于消息的簽名和認(rèn)證，可以通過(guò)可信計(jì)算的遠(yuǎn)程證明技術(shù)來(lái)驗(yàn)證該日志服務(wù)模塊的真實(shí)性和可信性。某外部驗(yàn)證者需要查看生成的日志記錄時(shí)，需要與可信日志服務(wù)模塊交互來(lái)查看日志。安全審計(jì)守護(hù)模塊與可信日志服務(wù)模塊的交互(TLP協(xié)議)通過(guò)虛擬平臺(tái)提供的內(nèi)核通信機(jī)制來(lái)交換消息。
如圖2所示，在具體的實(shí)現(xiàn)方案中，由于監(jiān)控器是處于操作系統(tǒng)和硬件層之間的，虛擬平臺(tái)上進(jìn)程之間的通信過(guò)程由監(jiān)控器提供的內(nèi)核通信機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此TLS和SLD的交互在監(jiān)控器的嚴(yán)格控制之下。
如圖2所示，在創(chuàng)建日志之前SLD有一對(duì)由TPM產(chǎn)生的AIK公私鑰對(duì)，用于對(duì)消息簽名，公鑰記為AIKPK_sld，私鑰記為AIKSK_sld，同時(shí)有一對(duì)用于加密的公私鑰對(duì)，該公私鑰對(duì)由TPM產(chǎn)生，公鑰記為EncPK_sld，私鑰記為EncSK_sld。
TLS有一對(duì)AIK公私鑰對(duì)，用于對(duì)消息簽名，公鑰記為AIKPK_tls，私鑰記為AIKSK_tls，同時(shí)有一對(duì)用于加密的公私鑰對(duì)，該公私鑰對(duì)由TPM產(chǎn)生，公鑰記為EncPK_tls，私鑰記為EncSK_tls。
本實(shí)施方式所用標(biāo)記的含義為IDx實(shí)體X的唯一標(biāo)志符；PKE(PK_x，K)使用實(shí)體X的公鑰PK_x對(duì)K進(jìn)行加密；SIGN(SK_x，Z)使用實(shí)體X的私鑰對(duì)Z進(jìn)行數(shù)字簽名；E(K，X)使用X對(duì)K進(jìn)行對(duì)稱加密；HMAC(K0，X)是帶密鑰的消息認(rèn)證碼，K0是認(rèn)證密鑰，X是消息；hash(X)對(duì)消息串X做哈希運(yùn)算；X，Y表示X與Y的結(jié)合串；d0+超時(shí)時(shí)間，經(jīng)過(guò)這段時(shí)間后，將斷開(kāi)連接；pnounce，用來(lái)標(biāo)識(shí)執(zhí)行步驟；RK隨機(jī)密鑰；日志創(chuàng)建的過(guò)程包括了如下幾個(gè)步驟第一步安全審計(jì)守護(hù)模塊進(jìn)程(簡(jiǎn)稱SLD)向可信日志服務(wù)(簡(jiǎn)稱TLS)發(fā)出請(qǐng)求，請(qǐng)求TLS產(chǎn)生初始的秘密控制信息，包括初始時(shí)間戳d0，時(shí)間戳的產(chǎn)生可以通過(guò)TPM提供的單調(diào)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，初始認(rèn)證密鑰和加密密鑰A0，并且產(chǎn)生對(duì)稱密鑰Ktls，加密時(shí)間戳E(Ktls，d0)，存儲(chǔ)A0，Ktls，E(Ktls，d0)，并給SLD返回如下參數(shù)A0，E(Ktls，d0)。
第二步SLD收到TLS的秘密控制信息后，存儲(chǔ)秘密控制信息，產(chǎn)生如下參數(shù)隨機(jī)密鑰RK0；超時(shí)時(shí)間d0+；隨機(jī)生成數(shù)p；該日志的標(biāo)識(shí)符IDSLD；初始的認(rèn)證密鑰和加密密鑰A0；消息認(rèn)證碼X0＝p，IDSLD，d0+；產(chǎn)生消息串M0＝p，IDsld，PKE(EncPK_tls，RK0)，E(RK0，X0，SIGN(AIKSK_sld，X0))，該消息串包含了TLS的身份信息，SLD的身份信息，時(shí)間戳信息，消息新鮮性標(biāo)識(shí)，且經(jīng)過(guò)簽名；存儲(chǔ)hash(X0)，留做以后驗(yàn)證時(shí)使用。
第三步將M0發(fā)送給TLS，SLD將M0發(fā)送給TLS的目的是證明SLD已經(jīng)接收到TLS發(fā)送的消息SLD向TLS發(fā)送確認(rèn)回復(fù)消息。
第四步通過(guò)TLS的私鑰解密得到RK0，得到X0，驗(yàn)證X0的簽名，產(chǎn)生如下參數(shù)隨機(jī)密鑰RK1；消息認(rèn)證碼X1＝p，IDlog，hash(X0)，確認(rèn)成功消息串M1＝p，IDtls，PKE(EncPK_sld，RK1)，E(RK1.X1，SIGN(AIKSK_tls，X1))。將M1發(fā)送給SLD第五步SLD得到RK1，得到X1，驗(yàn)證X1的簽名，比較hash(X0)。
通過(guò)驗(yàn)證這些信息，證明TLS已經(jīng)確信SLD得到了初始的密鑰，接下來(lái)開(kāi)始產(chǎn)生具體的日志信息。產(chǎn)生的日志信息包括如下的內(nèi)容訪問(wèn)控制信息W0，訪問(wèn)控制信息是為了控制對(duì)日志條目的訪問(wèn)而需要訪問(wèn)者提供的信息，包括可以訪問(wèn)該日志條目的主體身份信息，可以訪問(wèn)該日志條目的軟件實(shí)體的完整性信息等；要加密的日志明文信息數(shù)據(jù)D0＝E(Ktls，d0)，d0+，IDlog，M0；日志的加密密鑰K0＝Hash(W0，A0)；初始認(rèn)證值Y-1＝”0000000000000000”，初始認(rèn)證值可以是其他的信息；初始哈希值Y0＝hash(Y-1，E(K0，D0)，W0)；通過(guò)使用HMAC算法，利用該日志條目的認(rèn)證密鑰產(chǎn)生完整性保護(hù)信息HMAC加密認(rèn)證碼Z0＝HMAC(A0，Y0)，形成完整的日志條目L0＝W0，E(K0，D0)，Y0，Z0，銷毀秘密控制信息A0，K0。
第六步SLD請(qǐng)求產(chǎn)生新的認(rèn)證密鑰A1和時(shí)間戳d1。
第七步TLS產(chǎn)生A1，d1，返回A1，E(Ktls，d1)給SLD。
第八步SLD產(chǎn)生如下信息隨機(jī)密鑰RK2，超時(shí)時(shí)間d1+，日志標(biāo)識(shí)符IDlog；消息認(rèn)證碼X1＝p，E(Ktls，d1)；消息串M2＝p，IDsld，PKE(EncPK_tls，RK2)，E(RK2，X1，SIGN(AIKSK_sld，X1))，存儲(chǔ)hash(X1)第九步將M2返回給TLS，TLS解密得到RK2，得到X1，驗(yàn)證X1的簽名，產(chǎn)生如下的參數(shù)信息隨機(jī)密鑰RK3，消息認(rèn)證碼X2＝p，IDlog，hash(X1)；消息串M3＝p，IDtls，PKE(EncPK_sld，RK3)，E(RK3，X2，SIGN(AIKSK_tls，X2))第十步TLS將M3發(fā)送給SLD，SLD得到RK3，得到X2，驗(yàn)證X2的簽名，與hash(X1)比較，比較通過(guò)后，產(chǎn)生如下的日志的記錄信息訪問(wèn)控制信息W1＝“TCApplication”，；要加密的日志明文信息數(shù)據(jù)D1＝E(Ktls，d1)，d1+，IDlog，M2，Data，；日志的加密密鑰K1＝hash(“Encryptionkey”，W1，A1)；Y1＝hash(Y0，E(K1，D1)，Y1，Z1)；HMAC加密認(rèn)證碼Z1＝HMAC(A1，Y1)。產(chǎn)生的完整的日志記錄信息為L(zhǎng)1＝W1，E(K1，D1)，Y1，Z1。銷毀A1，K1。
第十一步按照第七步到第十一步的步驟重復(fù)產(chǎn)生日志條目。
可以看出，初始秘密控制信息是剛開(kāi)始產(chǎn)生的，后面的秘密控制信息是在初始的秘密控制信息基礎(chǔ)上產(chǎn)生的，具體做法是使用一個(gè)秘密函數(shù)，如一個(gè)Hash函數(shù)作用于前一輪的秘密控制信息，產(chǎn)生下一輪的秘密控制信息，因此可以通過(guò)初始的秘密控制信息，產(chǎn)生以后所有的秘密控制信息，只需要保存初始的秘密控制信息即可。
在SLD和TLS通信之前，可以通過(guò)離線的方式，由TPM生成用于SLD和TLS雙方之間通信的加密密鑰和簽名密鑰，存放于TPM的內(nèi)部。加密密鑰和簽名密鑰都是非對(duì)稱密鑰，SLD和TLS事先知道彼此的簽名驗(yàn)證公鑰以及加密公鑰。
可以看出，TLS和SLD的交互過(guò)程由虛擬平臺(tái)的內(nèi)核通信機(jī)制來(lái)承載，在SLD向TLS發(fā)送的請(qǐng)求消息中包含消息新鮮性標(biāo)識(shí)，如現(xiàn)時(shí)標(biāo)識(shí)nonce，通過(guò)這種機(jī)制來(lái)防止重放攻擊。
生成的系統(tǒng)日志的加密密鑰和用于保護(hù)系統(tǒng)日志完整性的認(rèn)證密鑰是對(duì)稱密鑰，密鑰生成過(guò)程包括如下在第一次創(chuàng)建系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰時(shí)，TLS通過(guò)TPM生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后通過(guò)一個(gè)抗碰撞的Hash函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)160比特的對(duì)稱密鑰，在接下來(lái)生成日志加密密鑰和日志認(rèn)證密鑰時(shí)，將Hash函數(shù)直接作用于日志加密密鑰和日志認(rèn)證密鑰，生成下一條系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰。
上述產(chǎn)生的日志數(shù)據(jù)可以利用TPM提供的封裝存儲(chǔ)(sealed storage)功能進(jìn)行保護(hù)。
上述的日志條目的生成方式的特點(diǎn)是每次都需要可信TLS的參與，保證了日志生成過(guò)程的保密性和認(rèn)證性，同時(shí)在處理速度上，由于是TLS和SLD處于同一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)之上，可以保證效率是比較高的。這就消除了很多日志機(jī)制中對(duì)于可信第三方的依賴。
日志驗(yàn)證的過(guò)程如下驗(yàn)證者與可信日志服務(wù)通信的過(guò)程(ATL協(xié)議)如附圖3所示。在ATL協(xié)議中，遠(yuǎn)程證明協(xié)議(Remote Attestation，簡(jiǎn)稱RA協(xié)議)是其中的一個(gè)子協(xié)議，其中RA協(xié)議是為了驗(yàn)證TLS的完整性和運(yùn)行環(huán)境的完整性的。
ATL協(xié)議是的具體步驟和過(guò)程如下1.驗(yàn)證方首先需要驗(yàn)證TLS運(yùn)行環(huán)境的完整性，向可信虛擬機(jī)監(jiān)控器發(fā)起驗(yàn)證其完整性的請(qǐng)求?？尚盘摂M機(jī)監(jiān)控器收集完整性信息，由TLS所在的平臺(tái)使用TPM的AIK密鑰對(duì)當(dāng)前的PCR值簽名，將經(jīng)過(guò)簽名的PCR值，完整性度量日志發(fā)送給驗(yàn)證者；2.驗(yàn)證方驗(yàn)證TLS運(yùn)行環(huán)境的完整性，通過(guò)PCR值驗(yàn)證完整性度量日志的完整性，保證該日志文件沒(méi)有被篡改；驗(yàn)證完整性度量日志中的條目的正確性和合法性。正確性和合法性指的是TLS所運(yùn)行的平臺(tái)的環(huán)境沒(méi)有惡意的軟件。如果驗(yàn)證通過(guò)，則繼續(xù)該協(xié)議，如果驗(yàn)證沒(méi)有通過(guò)，則停止。
3.驗(yàn)證方向TLS發(fā)送消息，消息內(nèi)容包括驗(yàn)證者的身份信息，請(qǐng)求的日志條目，消息新鮮性標(biāo)識(shí)等，請(qǐng)求日志條目Lj的信息。
4.TLS向SLD請(qǐng)求日志條目Lj的信息；5.SLD將日志條目Lj的信息發(fā)送給TLS；6.TLS查看日志條目Lj的訪問(wèn)控制信息，檢查驗(yàn)證者是否符合訪問(wèn)控制的要求，如果符合，根據(jù)其初始密鑰A0，生成日志條目Lj的加密密鑰和認(rèn)證密鑰Ej，并將Ej和Lj發(fā)送給驗(yàn)證方。
7.只有當(dāng)驗(yàn)證方擁有訪問(wèn)控制秘密信息Wj時(shí)才能解密日志，驗(yàn)證者驗(yàn)證日志的完整性，解密得到日志條目。
為了支持驗(yàn)證者能夠驗(yàn)證TLS服務(wù)的完整性，可以在可信虛擬平臺(tái)上建立一條信任鏈，在信任鏈建立的過(guò)程中，生成完整性度量日志，并且更新TPM中的PCR值。其信任鏈的建立過(guò)程如下i.首先計(jì)算機(jī)啟動(dòng)，TPM度量監(jiān)控器的完整性，對(duì)監(jiān)控器代碼做Hash運(yùn)算，更新PCR值和完整性度量日志，度量完成后，啟動(dòng)監(jiān)控器；ii.由監(jiān)控器度量安全內(nèi)核，度量完成之后啟動(dòng)安全內(nèi)核iii.由安全內(nèi)核度量TLS，度量完成之后，啟動(dòng)TLS服務(wù)。
所述的TLS和驗(yàn)證者之間的交互過(guò)程由SSL協(xié)議承載。
本發(fā)明的安全審計(jì)日志機(jī)制可以建立在微軟提出的NGSCB平臺(tái)以及基于微內(nèi)核或者虛擬機(jī)的安全主機(jī)平臺(tái)上。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其步驟包括創(chuàng)建系統(tǒng)日志1)運(yùn)行于可信虛擬平臺(tái)操作系統(tǒng)層用戶模式下的安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求運(yùn)行于可信硬件層安全內(nèi)核上的可信日志服務(wù)模塊產(chǎn)生秘密控制信息；2)可信日志服務(wù)模塊生成秘密控制信息，該秘密控制信息中包括用于加密系統(tǒng)日志的加密密鑰，用于保護(hù)系統(tǒng)日志完整性的認(rèn)證密鑰，并向安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送秘密控制信息，由安全審計(jì)守護(hù)模塊存儲(chǔ)該秘密控制信息；3)安全審計(jì)守護(hù)模塊生成日志明文信息，創(chuàng)建系統(tǒng)日志，系統(tǒng)日志包括訪問(wèn)控制信息，日志明文信息，和完整性保護(hù)信息，其中訪問(wèn)控制信息和日志明文信息由加密密鑰加密，完整性保護(hù)信息由認(rèn)證密鑰認(rèn)證；4)該條系統(tǒng)日志存儲(chǔ)在本地安全守護(hù)進(jìn)程所在的文件系統(tǒng)中；5)按照1)-4)步驟繼續(xù)創(chuàng)建下條系統(tǒng)日志；訪問(wèn)系統(tǒng)日志6)驗(yàn)證者向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送查看某條系統(tǒng)日志的請(qǐng)求消息；7)可信日志服務(wù)模塊向安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求傳送該條系統(tǒng)日志；8)安全審計(jì)守護(hù)模塊將該條系統(tǒng)日志發(fā)送給可信日志服務(wù)模塊；9)可信日志服務(wù)模塊根據(jù)該條系統(tǒng)日志的訪問(wèn)控制信息檢查驗(yàn)證者是否符合訪問(wèn)控制的要求，將系統(tǒng)日志、該條系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰發(fā)送給符合條件的驗(yàn)證者；10)驗(yàn)證者通過(guò)該條系統(tǒng)日志的完整性保護(hù)信息驗(yàn)證該條系統(tǒng)日志的完整性，解密得到日志明文信息。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于創(chuàng)建第一條系統(tǒng)日志的秘密控制信息為初始秘密控制信息，后續(xù)創(chuàng)建的系統(tǒng)日志的秘密控制信息由創(chuàng)建上條系統(tǒng)日志的秘密控制信息通過(guò)函數(shù)運(yùn)算生成。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于在安全審計(jì)守護(hù)模塊和可信日志服務(wù)模塊通信之前，通過(guò)離線的方式，由可信平臺(tái)模塊生成用于雙方之間通信的加密密鑰和簽名密鑰，存放于可信平臺(tái)模塊內(nèi)部；所述加密密鑰和簽名密鑰都是非對(duì)稱密鑰，安全審計(jì)守護(hù)模塊和可信日志服務(wù)模塊知道彼此的簽名驗(yàn)證公鑰以及加密公鑰。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于安全審計(jì)守護(hù)模塊收到可信日志服務(wù)模塊發(fā)送的秘密控制信息后，向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送經(jīng)簽名的回復(fù)消息，可信日志服務(wù)模塊驗(yàn)證該回復(fù)消息，驗(yàn)證通過(guò)后向安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送確認(rèn)消息，安全審計(jì)守護(hù)模塊收到確認(rèn)消息后創(chuàng)建系統(tǒng)日志。
5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于所述的秘密控制信息，包括一個(gè)時(shí)間戳t1，該時(shí)間戳證明了安全審計(jì)守護(hù)模塊請(qǐng)求的產(chǎn)生時(shí)間；安全審計(jì)守護(hù)模塊發(fā)送的回復(fù)信息中也包括一個(gè)時(shí)間戳t2，可信日志服務(wù)模塊在驗(yàn)證回復(fù)消息時(shí)比較t1和t2，確認(rèn)回復(fù)消息的發(fā)送是否超時(shí)。
6.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于通過(guò)可信平臺(tái)模塊的單調(diào)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生上述時(shí)間戳。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于可信日志服務(wù)模塊和安全審計(jì)守護(hù)模塊的交互過(guò)程由虛擬平臺(tái)的內(nèi)核通信機(jī)制來(lái)承載，安全審計(jì)守護(hù)模塊向可信日志服務(wù)模塊發(fā)送的請(qǐng)求消息中包含消息新鮮性標(biāo)識(shí)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于所述加密密鑰和認(rèn)證密鑰是對(duì)稱密鑰，密鑰生成過(guò)程為在第一次生成加密密鑰和認(rèn)證密鑰時(shí)，可信日志服務(wù)模塊通過(guò)可信平臺(tái)模塊生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后通過(guò)Hash函數(shù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)對(duì)稱密鑰，在后續(xù)生成用于下一條目的加密密鑰和日志認(rèn)證密鑰時(shí)，將Hash函數(shù)直接作用于當(dāng)前系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰，生成下一條條目系統(tǒng)日志的加密密鑰和認(rèn)證密鑰。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于驗(yàn)證者對(duì)可信日志服務(wù)模塊的完整性進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證者通過(guò)如下步驟驗(yàn)證可信日志服務(wù)模塊的完整性1)驗(yàn)證者請(qǐng)求驗(yàn)證可信日志服務(wù)模塊的完整性信息；2)安全審計(jì)守護(hù)模塊所在的可信虛擬平臺(tái)使用可信平臺(tái)模塊的AIK密鑰對(duì)當(dāng)前的PCR值簽名，將經(jīng)過(guò)簽名的PCR值和完整性度量日志發(fā)送給驗(yàn)證者；3)驗(yàn)證者通過(guò)PCR值驗(yàn)證完整性度量日志的完整性，保證該系統(tǒng)日志沒(méi)有被篡改；同時(shí)驗(yàn)證者驗(yàn)證完整性度量日志中的條目的正確性和合法性。
10.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，其特征在于驗(yàn)證者發(fā)送給可信日志服務(wù)模塊的請(qǐng)求消息中包含驗(yàn)證者的身份信息。
全文摘要
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種系統(tǒng)日志的安全審計(jì)方法，在基于可信計(jì)算的虛擬平臺(tái)上創(chuàng)建系統(tǒng)日志和訪問(wèn)系統(tǒng)日志。本發(fā)明借助于可信平臺(tái)模塊這個(gè)硬件信任根，系統(tǒng)日志的創(chuàng)建過(guò)程都是在本地以可信的方式創(chuàng)建的，可以將以前對(duì)服務(wù)器的信任轉(zhuǎn)移到可信平臺(tái)上來(lái)，利用可信平臺(tái)提供的遠(yuǎn)程證明和封裝存儲(chǔ)性質(zhì)，提高可信平臺(tái)日志存儲(chǔ)的可信度，不需要依賴于可信的第三方服務(wù)器，本機(jī)平臺(tái)便可完成高可信的安全審計(jì)。可廣泛用于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全審計(jì)。
文檔編號(hào)H04L12/24GK101039186SQ200710098998
公開(kāi)日2007年9月19日 申請(qǐng)日期2007年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月8日
發(fā)明者馮登國(guó), 陳小峰, 張立武 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院軟件研究所