可信根构建方法及应用技术

本发明专利技术公开了基于熔断机制和TPM芯片的硬件可信根构建方法及其应用，其中硬件可信根构建方法包括：1、根据公钥密码算法生成第一公钥；2、对第一公钥进行hash运算，得到第一公钥hash值；3、将第一公钥hash值烧入芯片的熔断区域；4、对芯片操作系统的内核镜像和初始文件系统进行拼接，生成第一拼接文件，并计算其hash值，采用第一私钥对第一拼接文件的hash值进行签名，生成签名文件；5、将第一拼接文件、第一公钥、签名文件拼接为第二拼接文件，将所述第二拼接文件作为系统镜像烧入芯片。该方法能够解决工控终端硬件可信根构建难题，保障整个工控终端可信计算的安全可信。

【技术实现步骤摘要】
可信根构建方法及应用
本专利技术属于工控安全可信计算
，具体涉及基于熔断机制和TPM芯片的可信根构建方法及其应用。
技术介绍
工控系统作为网络战的主要攻击目标，始终处在网络打击破坏的前沿。我国以电力为代表的工控系统现有安全防护主要侧重边界防护，工控系统本体的安全防护手段不足，无法有效应对不断涌现的各类高隐蔽APT攻击，而物联网等新技术的应用又使攻击面进一步扩大。同时，网络安全法、等级保护2.0对自主可控、安全可信提出了新的要求。因此，亟需开展适应工控系统的主动防护技术研究。在网络安全防护领域，以可信计算为代表的主动防御技术已有一定的发展，但在嵌入式工控领域，其面临不少挑战：(1)本体安全形势严峻，可信计算等主动防御技术被明确写入等保要求，现有的TPM(TrustedPlatformModule)及TrustZone等方案缺乏主动度量机制，可信根构建不完备，属于CPU调用的从设备，没有解决硬件可信根构建的难题，而一旦硬件可信根不成立，整个后续的可信机制都难以保障，因此硬件可信根构建是可信计算的基础。以TPCM为代表的可信计算，方案完备，但只适应于新设计的硬件主版，无法解决大量存量的、不支持TPCM的工控终端的硬件可信根构建问题；(2)工控系统硬件资源匮乏，嵌入式操作系统只有几兆大小，传统可信计算方案TSS(TrustedSoftwareStack)过于庞大，难以实施在嵌入式操作系统中。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术旨在提供一种硬件可信根构建方法，该方法基于硬件熔断机制和TPM可信芯片，能够解决工控终端硬件可信根构建难题，保障整个工控终端可信计算的安全可信。技术方案：本专利技术一方面公开了一种硬件可信根构建方法，包括：A1、根据公钥密码算法生成第一公钥；A2、对第一公钥进行hash运算，得到第一公钥hash值；A3、将第一公钥hash值烧入芯片的熔断区域；A4、对芯片操作系统的内核镜像和初始文件系统进行拼接，生成第一拼接文件；计算第一拼接文件的hash值，采用第一私钥对第一拼接文件的hash值进行签名，生成签名文件；所述第一公钥与第一私钥为互相解密的密钥对；A5、将第一拼接文件、第一公钥、签名文件拼接为第二拼接文件，将所述第二拼接文件作为系统镜像烧入芯片。具体地，所述公钥密码算法为国密SM2椭圆曲线算法。具体地，采用SM3凑杂算法对第一公钥进行hash运算。本专利技术还公开了一种TPM芯片，所述芯片采用上述方法构建硬件可信根。本专利技术还公开了一种嵌入式工控终端，所述工控终端主板上的TPM芯片采用上述方法构建硬件可信根。另一方面，本专利技术还公开了上述工控终端的启动方法，所述启动由工控终端TPM芯片的片上系统执行，包括：B1、从所述TPM芯片熔断区域读取第一公钥的hash值，从系统镜像中读取第一公钥，验证第一公钥的合法性；如第一公钥验证结果为非法，阻止工控终端的启动；B2、如第一公钥验证结果为合法，对系统镜像中的签名文件进行验证，如验证不通过，阻止工控终端的启动；B3、如系统镜像中的签名文件验证通过，则可信验证通过，内核镜像和初始文件系统获取控制权。具体地，验证第一公钥合法性的步骤为：计算系统镜像中读取的第一公钥的hash值；与从熔断区域读取的第一公钥的hash值进行对比；二者相等则第一公钥合法，否则为非法。具体地，对系统镜像中的签名文件进行验证的步骤为：采用第一公钥解密系统镜像中的签名文件，得到hash-cal；计算系统镜像中第一拼接文件和第一公钥的hash值；如果计算结果与hash-cal一致，验证通过；否则，验证不通过。另一方面，本专利技术还公开了上述工控终端的可信验签方法，所述可信验签由工控终端应用程序运行的操作系统执行；首先为静态度量，防止重要文件在外存中被篡改，包括：C1、工控终端上操作重要文件时，获取预先配置在TPM芯片中的第二公钥；所述操作重要文件包括：启动可执行程序、加载库文件、打开配置文件或执行脚本文件；C2、采用第二公钥解密重要文件对应的签名文件，得到hash-cal-2；所述签名文件为采用第二私钥对重要文件的hash值进行签名后生成的文件，所述签名文件与重要文件一起发布至工控终端；所述第二公钥与第二私钥为互相解密的密钥对；C3、计算待操作的重要文件的hash值，如果计算结果与hash-cal-2一致，则可信验签通过；否则，可信验签不通过。其次为动态度量，防止动态的内存攻击，包括：C4、可执行程序启动后，在初始化阶段计算内存中与所述可执行程序文件对应的代码段、只读数据段或敏感数据段的hash值；C5、当所述可执行程序运行过程中有文件操作时，重新计算内存中与所述可执行程序文件对应的代码段、只读数据段或敏感数据段的hash值，并与初始化阶段计算的hash值比较，如果二者不一致，所述可执行程序对应的内存有篡改。本专利技术还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述可信根构建方法的步骤。有益效果：本专利技术公开的硬件可信根构建方法，利用硬件熔断机制一次写入多次读取的特性，能够保障公钥不被篡改，解决了适用于工控终端硬件可信根构建的难题，能够实现从芯片到系统启动的逐级主动可信验证。附图说明图1为硬件可信根构建方法的流程图；图2为TPM芯片中内容区域示意图；图3为工控终端启动流程图；图4为工控终端可信验签流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术。实施例一：嵌入式工控终端大都采用RM、POWERPC等指令架构以及相应的硬件，当前主流的嵌入式芯片均提供了熔断机制，能够保证芯片熔断区域只能一次写入，可以多次读取，进而确保写入的值不会被随意篡改。位于芯片内部ROM的片上系统，在芯片每次开机启动时可以做主动校验，基于此，本实施例公开了一种硬件可信根构建方法，如图1所示，包括以下步骤：A1、根据公钥密码算法生成第一公钥；本实施例中采用国密SM2椭圆曲线算法来生成第一公钥SM2PUB-KEY，大小为769字节；A2、对第一公钥进行hash运算，得到第一公钥hash值；本实施例中采用SM3凑杂算法对第一公钥进行hash运算，即第一公钥的hash值为：SM3(SM2PUB-KEY)，大小为64个字节：A3、基于芯片厂家提供的熔断区域访问接口，将第一公钥hash值烧入芯片的熔断区域；熔断区域中烧入第一公钥的hash值而不是第一公钥本身，是基于所占大小的考虑；A4、对芯片操作系统的内核镜像和初始文件系统进行拼接，生成第一拼接文件；计算第一拼接文件的hash值，采用第一私钥对第一拼接文件的hash值进行签名，生成签名文件；所述第一公钥与第一私钥为互相解密的密钥对；如果为Linux系统，其内核镜像为vmlinuz.img文件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可信根构建方法，所述可信根为硬件可信根，其特征在于，包括：/nA1、根据公钥密码算法生成第一公钥；/nA2、对第一公钥进行hash运算，得到第一公钥hash值；/nA3、将第一公钥hash值烧入芯片的熔断区域；/nA4、对芯片操作系统的内核镜像和初始文件系统进行拼接，生成第一拼接文件；计算第一拼接文件的hash值，采用第一私钥对第一拼接文件的hash值进行签名，生成签名文件；所述第一公钥与第一私钥为互相解密的密钥对；/nA5、将第一拼接文件、第一公钥、签名文件拼接为第二拼接文件，将所述第二拼接文件作为系统镜像烧入芯片。/n

【技术特征摘要】
1.可信根构建方法，所述可信根为硬件可信根，其特征在于，包括：
A1、根据公钥密码算法生成第一公钥；
A2、对第一公钥进行hash运算，得到第一公钥hash值；
A3、将第一公钥hash值烧入芯片的熔断区域；
A4、对芯片操作系统的内核镜像和初始文件系统进行拼接，生成第一拼接文件；计算第一拼接文件的hash值，采用第一私钥对第一拼接文件的hash值进行签名，生成签名文件；所述第一公钥与第一私钥为互相解密的密钥对；
A5、将第一拼接文件、第一公钥、签名文件拼接为第二拼接文件，将所述第二拼接文件作为系统镜像烧入芯片。


2.根据权利要求1所述的可信根构建方法，其特征在于，所述公钥密码算法为国密SM2椭圆曲线算法。


3.一种TPM芯片，其特征在于，所述TPM芯片采用如权利要求1或2所述的方法构建硬件可信根。


4.终端，所述终端为嵌入式工控终端，其特征在于，所述工控终端主板上的TPM芯片采用如权利要求1或2所述的方法构建硬件可信根。


5.如权利要求4所述工控终端的启动方法，所述启动由工控终端TPM芯片的片上系统执行，其特征在于，包括：
B1、从所述TPM芯片熔断区域读取第一公钥的hash值，从系统镜像中读取第一公钥，验证第一公钥的合法性；如第一公钥验证结果为非法，阻止工控终端的启动；
B2、如第一公钥验证结果为合法，对系统镜像中的签名文件进行验证，如验证不通过，阻止工控终端的启动；
B3、如系统镜像中的签名文件验证通过，则可信验证通过，内核镜像和初始文件系统获取控制权。


6.根据权利要求5所述的工控终端启动方法，其特征在于，验证第一公钥合法性的步骤为：
计算系统镜像中读取的第一公钥的hash值；与从熔断区域读取的第一公钥的hash值...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘苇，陶洪铸，祁龙云，王治华，杨维永，魏兴慎，周劼英，汪明，张晓，朱世顺，吕小亮，闫珺，王海清，王晔，叶金波，金明辉，高峰，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，南京南瑞信息通信科技有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32