在當(dāng)今數(shù)字化時(shí)代，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的安全性至關(guān)重要。惡意軟件、固件攻擊等安全威脅層出不窮，傳統(tǒng)的安全防護(hù)手段已難以滿足日益增長的安全需求?？尚艈?dòng)鏈作為一種從硬件到軟件的全流程安全防護(hù)機(jī)制，能夠有效確保系統(tǒng)啟動(dòng)過程的完整性和可信性。本文將深入探討如何基于UEFI SecureBoot和TPM 2.0構(gòu)建可信啟動(dòng)鏈，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程證明功能，以驗(yàn)證系統(tǒng)的可信狀態(tài)。

UEFI SecureBoot原理與實(shí)踐

原理

UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）SecureBoot是UEFI規(guī)范中的一個(gè)重要安全特性，它通過數(shù)字簽名驗(yàn)證機(jī)制確保只有經(jīng)過授權(quán)的固件和操作系統(tǒng)啟動(dòng)加載程序才能在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)運(yùn)行。在SecureBoot模式下，UEFI固件會維護(hù)一個(gè)受信任的證書數(shù)據(jù)庫，其中包括微軟的根證書以及用戶自定義的證書。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，UEFI固件會對每個(gè)啟動(dòng)組件（如BIOS、GRUB引導(dǎo)加載程序、內(nèi)核等）進(jìn)行數(shù)字簽名驗(yàn)證，只有簽名有效且對應(yīng)的證書在受信任數(shù)據(jù)庫中的組件才能繼續(xù)執(zhí)行。

實(shí)踐

證書管理：首先需要生成或獲取受信任的證書?？梢允褂肙penSSL工具生成自簽名證書，例如：

bash

# 生成私鑰

openssl genrsa -out private_key.pem 2048

# 生成證書簽名請求（CSR）

openssl req -new -key private_key.pem -out certificate_request.csr

# 生成自簽名證書

openssl x509 -req -days 365 -in certificate_request.csr -signkey private_key.pem -out certificate.pem

將生成的證書添加到UEFI固件的受信任證書數(shù)據(jù)庫中，具體操作方法因主板廠商而異，一般可以在BIOS設(shè)置界面中找到SecureBoot相關(guān)選項(xiàng)進(jìn)行證書管理。

2. 簽名啟動(dòng)組件：使用生成的私鑰對啟動(dòng)組件進(jìn)行簽名。例如，對GRUB引導(dǎo)加載程序進(jìn)行簽名：

bash

# 使用sbsign工具（需要安裝sbsigntool包）對GRUB進(jìn)行簽名

sbsign --key private_key.pem --cert certificate.pem --output grubx64_signed.efi grubx64.efi

簽名后的grubx64_signed.efi文件就可以在SecureBoot模式下正常啟動(dòng)了。

TPM 2.0原理與實(shí)踐

原理

TPM（Trusted Platform Module）2.0是一種硬件安全模塊，它提供了加密、密鑰管理、平臺完整性度量等功能。在可信啟動(dòng)過程中，TPM會對系統(tǒng)的啟動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行度量，并將度量值存儲在TPM的PCR（Platform Configuration Registers）中。PCR的值是不可篡改的，只有在系統(tǒng)啟動(dòng)過程中沒有發(fā)生異常時(shí)，PCR的值才會符合預(yù)期。遠(yuǎn)程證明就是利用TPM的這一特性，將PCR的值發(fā)送給遠(yuǎn)程驗(yàn)證方，驗(yàn)證方根據(jù)預(yù)先定義的策略判斷系統(tǒng)的可信狀態(tài)。

實(shí)踐

讀取PCR值：可以使用tpm2_pcrread工具讀取TPM的PCR值。例如，讀取PCR 0 - 7的值：

bash

tpm2_pcrread sha256:0,1,2,3,4,5,6,7

生成遠(yuǎn)程證明報(bào)告：使用TPM的AK（Attestation Key）對PCR值進(jìn)行簽名，生成遠(yuǎn)程證明報(bào)告。以下是一個(gè)簡單的Python示例代碼（需要安裝tpm2_pytss庫）：

python

from tpm2_pytss import *

# 初始化TPM上下文

esys = Esys_Initialize()

# 加載AK

ak_handle = esys.tr_from_tpmpublic("ak.pub")

# 讀取PCR值

pcr_selection = TPML_PCR_SELECTION()

pcr_selection.create([TPMS_PCR_SELECTION(hash=TPM_ALG_SHA256, sizeofselect=3, pcrselect=[0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x00, 0x01])])

pcr_values = esys.pcr_read(ESYS_TR_RH_OWNER, pcr_selection)

# 生成證明報(bào)告（簡化示例，實(shí)際需要更復(fù)雜的處理）

# 這里只是展示如何獲取PCR值用于后續(xù)簽名

# 實(shí)際生成報(bào)告時(shí)，需要將PCR值和相關(guān)信息使用AK簽名

# 清理資源

esys.flushcontext(ak_handle)

Esys_Finalize()

在實(shí)際應(yīng)用中，需要將PCR值和相關(guān)的系統(tǒng)信息（如操作系統(tǒng)版本、啟動(dòng)組件哈希值等）組合成一個(gè)報(bào)告，然后使用AK對報(bào)告進(jìn)行簽名，將簽名后的報(bào)告發(fā)送給遠(yuǎn)程驗(yàn)證方。

遠(yuǎn)程驗(yàn)證流程

遠(yuǎn)程驗(yàn)證方收到系統(tǒng)發(fā)送的遠(yuǎn)程證明報(bào)告后，會進(jìn)行以下步驟：

驗(yàn)證報(bào)告的簽名是否有效，確保報(bào)告確實(shí)來自合法的TPM。

檢查報(bào)告中的PCR值是否符合預(yù)期。驗(yàn)證方可以根據(jù)預(yù)先定義的白名單策略，判斷系統(tǒng)啟動(dòng)過程中是否加載了未經(jīng)授權(quán)的組件。

如果驗(yàn)證通過，則認(rèn)為系統(tǒng)處于可信狀態(tài)，可以允許系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)或執(zhí)行敏感操作；否則，拒絕系統(tǒng)接入或采取其他安全措施。

總結(jié)

通過結(jié)合UEFI SecureBoot和TPM 2.0技術(shù)，我們可以構(gòu)建一個(gè)強(qiáng)大的可信啟動(dòng)鏈，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程證明功能，確保系統(tǒng)的啟動(dòng)過程和運(yùn)行狀態(tài)可信。在實(shí)際應(yīng)用中，還需要考慮證書管理、密鑰保護(hù)、驗(yàn)證策略制定等多個(gè)方面的問題。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，可信計(jì)算技術(shù)將在保障系統(tǒng)安全方面發(fā)揮越來越重要的作用，為我們的數(shù)字化生活提供更可靠的安全保障。