[发明专利]一种可信机制上的嵌入式平台引导

说明书

技术领域

本发明涉及一种嵌入式设备在启动阶段对外部设备，特别是存储型外部设备进行安全检测的体系结构。

背景技术

传统计算机系统存在如下一些安全隐患：计算机软、硬件结构简单，导致计算机资源可被任意使用，尤其是执行代码可修改、可植入恶意程序；病毒程序利用计算机操作系统对执行代码不进行一致性检查的弱点，将病毒代码嵌入到执行代码程序，实现病毒传播等等。因此，必须考虑对传统的计算机的软、硬件结构进行改造。

TCG(Trust Computing Group，可信计算组织)提出了“可信链”和“可信度量”的概念，包含系统平台的信任度量、存储、报告这一系列的可信机制。TCG认为：如果计算机系统由一个被接受的初始“可信根”开始，在系统平台的每一次控制权转换时，通过完整性度量，可以将这种信任传递给下一个控制单元，因此平台计算环境始终是可信的。TCG在其发布的规范[1]中定义了具有安全功能的可信平台模块(Trust Platform Module，TPM)，通过在计算机系统中嵌入一个可抵制篡改的独立计算引擎作为平台系统的可信根，再通过信任链机制，将信任扩展到整个平台。

平台启动过程是从硬件域到软件域的重要过渡，因此实现安全的平台启动对整个系统的安全意义重大。

嵌入式平台启动后，所运行的第一部分引导代码称为Bootloader(平台引导程序)。Bootloader是严重依赖与硬件的，针对不同的嵌入式平台有不同的Bootloader，但其基本功能都为：平台上电、设置CPU工作频率、设置中断、初始化核心硬件设备、建立内存空间映射、初始化部分所需的外部设备，然后从Flash存储设备上将操作系统内核拷贝到预定的内存空间中，将用户配置的启动参数传递Linux系统，随后跳转到操作系统内核的起始地址运行操作系统。

由于嵌入式平台一般没有配置ROM(只读存储器)，Bootloader通常存储在Flash这种可读写的存储介质中，容易受到来自外部的恶意攻击。恶意攻击者会试图对Bootloader进行篡改和破坏，以图达到控制或破坏整个系统的目的。

目前采用的一些体系结构改进方案，如依靠USB key、智能卡进行身份认证和完整性度量，都存在的问题是：嵌入式系统的信任根依赖于启动程序Bootloader，如果Bootloader被恶意篡改，则可以越过USB key等认证方式启动系统。所以，这类方案仍然是凭借软件方式来建立信任链。鉴于此威胁，可考虑引入硬件保护机制--TPM，用于保护Bootloader的完整性。

现有的Bootloader在初始化外部设备过程中都没有对外部设备进行检测，而是假定外部设备都是可正常工作、安全可信的。然而攻击者有可能通过添加、更改、替换外部设备等手段接入非法外部设备，以图在嵌入式平台工作时，收集平台的重要信息、破坏平台正常工作。

若要在操作系统层来排除上述潜在危险，由于Linux操作系统采用虚拟文件系统机制，将物理设备映射成文件进行管理。必须对Linux驱动层源代码有较大幅度的修改，难度大，修改结果的可预计性差。因此，在Bootloader引导阶段对外部设备进行检测是一个较好的策略。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：结合可信测量、可信报告、可信链拓展思想，设计一种可信机制上的嵌入式平台引导方式，该方式基于嵌入式Linux操作系统在嵌入式平台上启动过程的现实条件，利用TPM提供独立、硬件方式以实现嵌入式平台的可信启动。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：将嵌入式平台与TPM结合在一起，用TPM支持嵌入式平台的安全性和可信性；TPM首先将根据可信完整性测量根，在嵌入式平台CPU开始工作之前，对存储在嵌入式平台上Flash中的包括Bootloader、操作系统在内的部分进行完整性验证，以确保平台启动链中的软件可执行代码未被篡改，其后再允许嵌入式平台CPU读取Bootloader进行启动；由于Bootloader源码开放，TPM可按照步进方式控制启动过程中每一个步骤的走向，并且在初始化外部设备的同时，对指定的外部设备进行完整性、可靠性测量，实现可信测量和报告机制；TPM是可信平台模块，Bootloader是嵌入式平台引导程序。

本发明提供的方法与现有技术相比具有以下的主要优点：