面向云計算的虛擬機系統(tǒng)安全研究.pdf

1、云計算平臺通過Internet提供各種服務，這種開放式的模式在方便用戶訪問的同時，也帶來了潛在的安全隱患。云計算平臺通常以虛擬機系統(tǒng)作為底層架構，因此虛擬機系統(tǒng)的安全是云計算安全的核心。針對這一背景，本文圍繞云計算平臺中虛擬機系統(tǒng)安全的三個方面進行了研究。
　　在云計算平臺，尤其是私有云和社區(qū)云中，虛擬機之間通常需要進行交互和通信。然而這種交互為攻擊和惡意軟件的傳播提供了可能，需要有一種機制來保證虛擬機通信場景下的安全。為此，本文

2、提出了Virt-BLP模型，它是一個針對虛擬機系統(tǒng)定制的關于多級安全的強制訪問控制模型。為了實現(xiàn)這一目標，它定義了一系列的模型元素、安全公理和狀態(tài)轉換規(guī)則。云計算平臺中，客戶虛擬機負責向用戶提供服務，而特權虛擬機和虛擬機監(jiān)控器一般由云服務供應商管理，根據(jù)這一特征，當特權虛擬機作為主體時，Virt-BLP模型將其定義為可信主體。模型中的一些狀態(tài)轉換規(guī)則只能由可信主體來執(zhí)行，這樣實現(xiàn)了特權虛擬機對客戶虛擬機之間訪問和通信進行管理和控制的目的

3、。于是在提供強制訪問控制的同時，Virt-BLP模型也實現(xiàn)了部分的自主訪問控制，很好地適應了虛擬機系統(tǒng)的特點。基于Virt-BLP模型，在Xen虛擬機系統(tǒng)中設計和實現(xiàn)了關于多級安全的強制訪問控制框架VMAC，驗證實驗表明它成功地在Xen系統(tǒng)中映射了Virt-BLP模型的功能。Virt-BLP模型是一個通用的模型，其它虛擬機系統(tǒng)可以在它的基礎上設計自己的強制訪問控制框架。
　　客戶虛擬機在云計算平臺中為用戶提供服務，保證它的安全才能

4、使用戶有一個安全地獲取云計算服務的環(huán)境。本文分別針對客戶虛擬機用戶級應用程序的運行時安全和內核的運行時安全進行了研究。在應用級安全方面，提出了虛擬機內度量框架Hyperivm，它用于判斷客戶虛擬機應用程序運行時的狀態(tài)。度量模塊對運行在客戶虛擬機中的可執(zhí)行文件進行度量并產(chǎn)生度量值，這些度量值通過虛擬機間通信機制傳遞到特權虛擬機，保存在度量列表中。參照列表中保存的可信度量值用于在驗證時與度量列表中的對應值進行比較，以判斷可執(zhí)行文件的狀態(tài)?？?/p>

5、信平臺模塊(Trusted Platform Module, TPM)被用來保證度量列表和參照列表的完整性。此外，框架中的內存監(jiān)視模塊用于判斷度量模塊的狀態(tài)，以保證度量過程的安全性。在半虛擬化Xen系統(tǒng)中實現(xiàn)了一個Hyperivm虛擬機內度量框架的原型，在保護應用程序安全的基礎上，它在性能評估中表現(xiàn)出良好的效率。
　　相比客戶虛擬機應用程序的安全，其內核的運行時安全更為重要。本文提出了虛擬機動態(tài)監(jiān)控框架Hyperchk，目標是確保

6、客戶虛擬機內核的運行時安全。整個框架部署在特權虛擬機中，并借助虛擬機監(jiān)控器對客戶虛擬機的內核內存進行監(jiān)控。特權虛擬機和虛擬機監(jiān)控器在云計算平臺中對外界是透明的，因此具有較高的安全性，這一特點保證了Hyperchk框架獲取內存過程的可靠性，進而也確保了監(jiān)控過程的安全性。通過搜索客戶虛擬機內核內存來獲取監(jiān)控過程中所需關鍵值的做法，大大提高了監(jiān)控過程的健壯性。根據(jù)CPU負載自調整監(jiān)控頻率的策略，在提高檢測率的同時，也減少了不必要的性能開銷。策