可信(xin)(xin)(xin)計算(suan)3.0技術方(fang)(fang)案(an)是(shi)由我國專(zhuan)家基于(yu)(yu)我國目前面臨(lin)的(de)(de)(de)安全(quan)需(xu)求提(ti)出(chu)的(de)(de)(de)，整個標準框(kuang)架構建了(le)以中國密碼為(wei)基礎、以自主(zhu)可控可信(xin)(xin)(xin)平(ping)臺控制模塊（TPCM）為(wei)信(xin)(xin)(xin)任根的(de)(de)(de)可信(xin)(xin)(xin)計算(suan)支撐體系，解決(jue)了(le)傳統防護技術中存在的(de)(de)(de)問題，是(shi)一(yi)種(zhong)行之有效(xiao)的(de)(de)(de)服務器保護方(fang)(fang)式(shi)。TPCM相對于(yu)(yu)以往(wang)的(de)(de)(de)可信(xin)(xin)(xin)技術方(fang)(fang)案(an)而(er)言，是(shi)創新(xin)性地提(ti)出(chu)了(le)雙體系架構和主(zhu)動監控的(de)(de)(de)思想。
1 可信平臺控制(zhi)模(mo)塊定(ding)位
可(ke)(ke)信(xin)計(ji)算(suan)節點由計(ji)算(suan)部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)和防(fang)(fang)護部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)構成，TPCM是可(ke)(ke)信(xin)計(ji)算(suan)節點中(zhong)實(shi)現(xian)可(ke)(ke)信(xin)防(fang)(fang)護功能(neng)的(de)關鍵部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)，可(ke)(ke)以(yi)采用多種技術途徑實(shi)現(xian)，如(ru)板卡、芯片、IP核等，其(qi)內部(bu)(bu)(bu)包含中(zhong)央處理器、存儲(chu)器等硬(ying)(ying)件(jian)(jian)、固件(jian)(jian)，以(yi)及操作系統與可(ke)(ke)信(xin)功能(neng)組件(jian)(jian)等軟件(jian)(jian)，支撐其(qi)作為(wei)一(yi)個(ge)獨立(li)于(yu)計(ji)算(suan)機部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)的(de)防(fang)(fang)護部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)組件(jian)(jian)，并行與計(ji)算(suan)部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)按(an)內置防(fang)(fang)護策略工作，對(dui)計(ji)算(suan)部(bu)(bu)(bu)件(jian)(jian)的(de)硬(ying)(ying)件(jian)(jian)、固件(jian)(jian)及軟件(jian)(jian)等需防(fang)(fang)護的(de)資源(yuan)進行可(ke)(ke)信(xin)監控，是可(ke)(ke)信(xin)計(ji)算(suan)節點中(zhong)的(de)可(ke)(ke)信(xin)根。
圖1 可信計(ji)算節點中的TPCM
TPCM與各部件交互如(ru)下(xia)：
- TPCM的(de)硬件、固件與軟件為(wei)可信(xin)軟件基(TSB)提供(gong)運行(xing)環(huan)境，設置的(de)可信(xin)功能組件為(wei)TSB按策略庫解釋要(yao)求實現度量、控制、支撐(cheng)與決(jue)策等功能提供(gong)支持(chi)；
- TPCM通過訪(fang)問可信(xin)密碼模塊(kuai)(TCM)獲取可信(xin)密碼功能，完成對(dui)(dui)防護對(dui)(dui)象可信(xin)驗(yan)證、度量和保密存儲等計(ji)算任務，并提供TCM服務部件以支持對(dui)(dui)TCM的訪(fang)問；
- 通過管理接(jie)口連接(jie)可信管理中心，實現(xian)防護策略管理、可信報告處理等功(gong)能(neng)；
- 通過內置(zhi)的(de)控制(zhi)器和I/O端口，經由總線與計(ji)算(suan)部件的(de)控制(zhi)器交互，實現(xian)對計(ji)算(suan)部件的(de)主動監控；
- 計算部(bu)件操作系統中內置的防護(hu)(hu)代(dai)(dai)理獲取預設的防護(hu)(hu)對象有(you)關代(dai)(dai)碼(ma)和數據(ju)提供(gong)給TPCM，TPCM將(jiang)監控信息轉發給TSB，由(you)TSB依(yi)據(ju)策略庫進行分析處理。
2 可信平臺(tai)控制模塊(kuai)功能組(zu)成
TPCM的(de)(de)功能及接口在邏輯功能上(shang)劃(hua)分為3個層次，硬件(jian)、基(ji)礎軟件(jian)和(he)功能組件(jian)。與TPCM相(xiang)(xiang)關的(de)(de)實體(ti)包括計算部件(jian)、可(ke)(ke)信(xin)軟件(jian)基(ji)、可(ke)(ke)信(xin)管(guan)理(li)中心和(he)可(ke)(ke)信(xin)密碼(ma)模塊(kuai)，TPCM通過(guo)相(xiang)(xiang)應的(de)(de)接口與各個實體(ti)進行相(xiang)(xiang)應的(de)(de)連接和(he)交互。
圖(tu)2 TPCM功能接口
2.1 硬件(jian)層
硬件(jian)(jian)層應包括(kuo)中(zhong)央(yang)處(chu)理(li)(li)器、易失存儲(chu)(chu)器、非易失存儲(chu)(chu)器、計算部件(jian)(jian)接(jie)口、管理(li)(li)接(jie)口、可(ke)信密碼接(jie)口，為TPCM的功能實現(xian)提供基礎運行(xing)環(huan)境。硬件(jian)(jian)組件(jian)(jian)之間通(tong)過內部總線實現(xian)相互連接(jie)。
2.2 基礎軟件層(ceng)
基礎軟件層應包括固件、操(cao)作(zuo)系統核心，實(shi)現對TPCM內部的資源調度、任務管理，以及提供I/O接口驅動及控(kong)制(zhi)。
2.3 功能組(zu)件層
功(gong)能(neng)組(zu)件(jian)層包括可信控制、可信度(du)量(liang)、判定服務、支撐(cheng)機制服務及(ji)策略庫管理，以及(ji)可信軟(ruan)件(jian)基(ji)接口(kou)。
3 可信平(ping)臺(tai)控制(zhi)模塊啟(qi)動流程
TPM要求先(xian)于主機計(ji)算部(bu)件(jian)上(shang)電啟動，并全程并行(xing)于計(ji)算部(bu)件(jian)運行(xing)，實現(xian)從計(ji)算部(bu)件(jian)第1條指(zhi)令開始的可信建(jian)立。
圖3 TPCM主動防御系統
流程具體說明如下：
- 由待(dai)機(ji)電源為TPCM提供電能；
- TPCM執行狀態檢查；
- 如果TPCM處于使能狀態，則(ze)TPCM為啟(qi)動代碼芯片(pian)上電，對啟(qi)動代碼進行度量(liang)；
- 如果(guo)啟動代碼度(du)量結(jie)果(guo)正確，則(ze)TPCM發(fa)出(chu)平臺(tai)上(shang)電信號，平臺(tai)上(shang)電，啟動代碼開始(shi)執行；
- 啟動代碼(ma)根據(ju)用戶預設(she)策略對(dui)平(ping)臺信息進行度量確認(ren)；
- 如果平臺信息可信，則對操作系統加載代碼進行度量；
- 如(ru)果操(cao)(cao)作系統(tong)加載代碼度量成(cheng)功，則操(cao)(cao)作系統(tong)內核加載；
- 系統進入可信工作模式；
如(ru)果啟動(dong)代碼或平臺(tai)(tai)(tai)信(xin)息度量不(bu)成功，則(ze)平臺(tai)(tai)(tai)受控啟動(dong)，TPCM進入異常(chang)處理(li)(li)流(liu)程，執行(xing)預(yu)定管(guan)(guan)理(li)(li)策略或者由平臺(tai)(tai)(tai)管(guan)(guan)理(li)(li)員現場操作(zuo)，選擇進入非可(ke)信(xin)工作(zuo)模式(shi)、平臺(tai)(tai)(tai)下電(dian)(dian)或重啟。如(ru)果TPCM處于禁用狀態，則(ze)平臺(tai)(tai)(tai)正常(chang)上電(dian)(dian)，啟動(dong)代碼上電(dian)(dian)工作(zuo)，系(xi)統不(bu)經過度量環節，依照傳統啟動(dong)步驟，使平臺(tai)(tai)(tai)進入非可(ke)信(xin)工作(zuo)模式(shi)。
4 可信服(fu)務器設計
TPCM 是(shi)整個服(fu)務(wu)器(qi)唯一的(de)(de)信(xin)任源點，同時也(ye)是(shi)服(fu)務(wu)器(qi)平臺的(de)(de)安(an)全防(fang)護(hu)管(guan)理(li)(li)控(kong)(kong)制中(zhong)心。TPCM 的(de)(de)防(fang)護(hu)策(ce)(ce)略由用戶(hu)管(guan)理(li)(li)人員通(tong)(tong)過專屬(shu)管(guan)理(li)(li)軟件和安(an)全通(tong)(tong)道進(jin)行下發，一旦TPCM 接(jie)收到策(ce)(ce)略及防(fang)護(hu)激(ji)活指令(ling)，則TPCM 將自(zi)主地對服(fu)務(wu)器(qi)進(jin)行可信(xin)環境度(du)量監控(kong)(kong)，不受(shou)控(kong)(kong)于服(fu)務(wu)器(qi)計(ji)算(suan)單元，實現計(ji)算(suan)和防(fang)護(hu)系統分離的(de)(de)雙體系結構。
圖4 TPCM可信服務器(qi)系統連接
按服務器平臺(tai)電(dian)源上(shang)電(dian)時序劃分為三個階(jie)段：
- TPCM+CPLD +Flash上電，簡(jian)稱：一階(jie)段(duan)
- BMC及周邊電路上電，簡稱：二(er)階(jie)段
- 主計(ji)算系統上電(dian)，簡稱：三階(jie)段
一階段：通過TPCM對BIOS及BMC代碼(ma)進(jin)行(xing)度量檢(jian)查，確定(ding)有無異常和入侵攻(gong)擊。如果(guo)發現BMC代碼(ma)或BIOS啟動代碼(ma)底層固件被篡改替換，則啟動安(an)全防范策略(lve)，阻止后續(xu)系統上電(dian)，或在寬松安(an)全策略(lve)下進(jin)入非可信運行(xing)環境，同時發出非安(an)全環境警告，當代碼(ma)環境正(zheng)常，則TPCM控制系統打(da)開二階段電(dian)源。
二階段：BMC開始工(gong)作,通過與TPCM的認證交互，BMC系(xi)統環境(jing)處(chu)于可(ke)信(xin)狀態，包(bao)括管理控制器BMC本身(shen)，當確(que)認BMC系(xi)統執行(xing)環境(jing)安(an)全可(ke)信(xin)時(shi)，開啟三(san)階段電(dian)源，否則同理進(jin)入非可(ke)信(xin)環境(jing)或阻止三(san)階段電(dian)源上電(dian)服務器開機。
三階(jie)段(duan)：服務器計算CPU正(zheng)式開(kai)始執(zhi)行(xing)指令，同理TPCM將對服務器主系(xi)統的(de)執(zhi)行(xing)環境(jing)進行(xing)識(shi)別確認(ren)，包(bao)括CPU本身。同樣，當確認(ren)主計算系(xi)統環境(jing)安(an)全可(ke)信后，允許服務器自檢并向后啟(qi)動。否則同理進入非可(ke)信環境(jing)或直接關閉(bi)服務器電源，阻止計算機(ji)(ji)上電開(kai)機(ji)(ji)。
服務(wu)(wu)器首先一階(jie)段(duan)(duan)(duan)供電(dian)(dian)(dian)，CPLD通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)TPCM的在位信(xin)號探(tan)測TPCM是否存(cun)(cun)在或(huo)(huo)(huo)關(guan)閉(bi)，如果TPCM 存(cun)(cun)在且有效，CPLD切斷(duan)服務(wu)(wu)器主(zhu)控(kong)系統的總(zong)線(xian)，允許(xu)TPCM主(zhu)控(kong)總(zong)線(xian)與BMC Flash和(he)BIOS Flash連通(tong)(tong)(tong)(tong)，關(guan)閉(bi)二階(jie)段(duan)(duan)(duan)和(he)三階(jie)段(duan)(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)，等(deng)待TPCM指令(ling)。TPCM上電(dian)(dian)(dian)后自檢，確(que)定(ding)自身完整安全(quan)后，根據(ju)用戶(hu)預(yu)設(she)策略通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)主(zhu)控(kong)總(zong)線(xian)對BMC代(dai)碼和(he)BIOS代(dai)碼進行分段(duan)(duan)(duan)及按安全(quan)等(deng)級要求進行逐一檢查(cha)確(que)認(ren)。任(ren)何病毒(du)代(dai)碼入侵或(huo)(huo)(huo)非(fei)授權數(shu)(shu)據(ju)(如平臺(tai)參(can)數(shu)(shu)設(she)置(zhi)(zhi)或(huo)(huo)(huo)系統配置(zhi)(zhi)值)發生變化將會(hui)立刻引起TPCM告警，甚至阻斷(duan)服務(wu)(wu)器主(zhu)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)供電(dian)(dian)(dian)、關(guan)閉(bi)通(tong)(tong)(tong)(tong)訊端口等(deng)。當TPCM確(que)認(ren)BMC代(dai)碼和(he)BIOS代(dai)碼可(ke)(ke)信(xin)的情況(kuang)下，通(tong)(tong)(tong)(tong)知CPLD依次打(da)開二階(jie)段(duan)(duan)(duan)和(he)三階(jie)段(duan)(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)源(yuan)，通(tong)(tong)(tong)(tong)過(guo)總(zong)線(xian)進行后續可(ke)(ke)信(xin)執行環境檢查(cha)。
