可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法及系統的製作方法

2023-10-08 09:57:29

可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法及系統的製作方法
【專利摘要】本發明公開一種可配置的虛擬機啟動完整性』維護的方法及系統，通過將存儲的度量基準值與實時度量值進行比較，掃描識別出實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件中存在的缺陷，根據在先備份的原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件對其缺陷進行修補，最終達到虛擬機安全啟動，進而使虛擬機安全運行。採用本發明實施例所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法使虛擬機管理器不僅能夠對重要程序/文件進行備份、檢測和恢復，保證虛擬機啟動過程的可靠性和安全性，而且通過掃描識別用戶的配置信息，增強了虛擬機啟動完整性管理的可維護性和可擴展性。
【專利說明】可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法及系統

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種計算機信息安全【技術領域】，特別涉及一種可配置的虛擬機啟動完 整性維護的方法及系統。

【背景技術】
[0002] 隨著信息技術的發展和人們對計算機資源不斷提高的要求，雲計算已經成為當前 計算機技術研究的熱點。雲計算使用虛擬化技術對底層計算、網絡和存儲資源進行封裝，通 過建立虛擬機並在其中運行作業系統和應用程式的形式，將這些資源提供給遠程用戶。因 此，虛擬機作為用戶直接使用的環境，其內部的系統和用戶程序及文件容易受到來自網絡 的攻擊和篡改。
[0003] 在雲計算虛擬化平臺上，虛擬機管理器（Virtual Machine Monitor, VMM)是整個 系統的核心部件。在通常情況下，VMM直接運行在硬體平臺之上，以軟體方式模擬物理硬體 的核心功能，建立多個虛擬機，並且為運行在這些虛擬機之上的作業系統和應用程式提供 與訪問物理硬體相同的訪問接口。與普通計算機相同，虛擬機提供服務需要經歷啟動和運 行兩個階段，其中虛擬機啟動時加載的作業系統和應用程式是虛擬機運行時的基本環境。 由此可見，如何確保虛擬機安全啟動直接影響到虛擬機能否安全運行。
[0004] 為了解決虛擬機安全啟動的問題，已有研究人員借鑑普通計算機基於可信計算技 術的啟動過程，在虛擬環境中引入可信計算體系結構。一方面，由可信密碼模塊（Trusted Cryptographic Module, TCM)向虛擬計算平臺提供相關密碼功能的保障主要；另一方面， 由VMM對虛擬機啟動過程中依次運行的部件進行完整性度量，並將所有度量值依次存入 TCM的平臺寄存器（Platform Configuration Register, PCR)當中，在虛擬機運行時PCR中 存儲的這些度量值用於證明虛擬機啟動過程的完整性。
[0005] 但是，傳統計算機的可信啟動和證明過程往往只能說明虛擬機啟動過程是否可 信，不能有效的恢復被破壞的虛擬機啟動過程中各個部件，也不能對系統中用戶自定義的 程序和相關文件進行有效的保護和恢復。因此，需要針對虛擬化環境自身體系結構的特點， 結合虛擬機啟動的過程，提供用戶配置的接口，完成虛擬機啟動過程中重要程序和文件的 完整性維護，實現這些程序和文件的備份、度量和恢復，從而保證虛擬機啟動。


【發明內容】

[0006] 有鑑於此，有必要提供一種保證虛擬機啟動過程的可靠性和安全性的虛擬機啟動 完整性維護的方法及系統。
[0007] -種可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於：所述可配置的虛擬機 啟動完整性維護的方法包括如下步驟： 51、 接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量基準值； 52、 接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時度量值； 53、 根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動需要的系統程序/文件和用 戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護。
[0008] -種可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述可配置的虛擬機 啟動完整性維護的系統包括如下模塊： 度量基準模塊，用於接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量基 準值； 實時度量模塊，用於接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時度 量值； 完整性檢測及維護模塊，用於根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動需 要的系統程序/文件和用戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護。
[0009] 本發明實施例提供一種可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，通過原始用戶的 配置信息形成度量基準值，並對根據原始用戶配置信息獲取的原始系統程序/文件和原始 用戶指定程序/文件進行備份，為後期虛擬機啟動完整性的維護提供進行缺陷修補的模 本。根據將存儲的度量基準值與實時度量值進行比較，掃描識別出實時系統程序/文件和 實時用戶指定程序/文件中存在的缺陷，根據在先備份的原始系統程序/文件和原始用戶 指定程序/文件對其缺陷進行修補，最終達到虛擬機安全啟動，進而使虛擬機安全運行。相 比於可信啟動和遠程證明過程僅記錄和出示虛擬機啟動過程是否可信的證據而言，採用本 發明實施例所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法使虛擬機管理器不僅能夠對重 要程序/文件進行備份、檢測和恢復，保證虛擬機啟動過程的可靠性和安全性，而且通過掃 描識別用戶的配置信息，增強了虛擬機啟動完整性管理的可維護性和可擴展性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是本發明一較佳實施例的一種可配置的虛擬機啟動完整性維護方法的流程 圖； 圖2是圖1中步驟S1的子流程圖； 圖3是圖2中步驟S11的一實施子流程圖； 圖4是圖1中步驟S2的子流程圖； 圖5是圖1中步驟S3的子流程圖； 圖6是本發明實施例中可配置的虛擬機啟動完整性維護方法的工作流程示意圖； 圖7是本發明一較佳實施例的可配置的虛擬機啟動完整性維護系統的結構框圖； 圖8是圖7中度量基準模塊的子結構框圖； 圖9是圖7中實時度量模塊的子結構框圖； 圖10是圖7中完整性檢測及維護模塊的子結構框圖； 圖11是圖8中原始配置單元的子結構框圖。

【具體實施方式】
[0011] 如圖1所示，本發明實施例提供一種可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，所 述可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法包括如下步驟： S1、接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量基準值。
[0012] 可選地，如圖2所示，所述步驟S1包括以下子步驟： 511、 識別和掃描用戶配置信息，形成原始用戶配置文件， 512、 根據原始用戶配置文件中用戶指定文件列表，獲取用戶指定文件在虛擬機內的路 徑和文件名，從而獲取原始用戶指定程序/文件，進行備份； 513、 解析虛擬機鏡像以獲取虛擬機啟動過程需要的原始系統程序/文件，進行備份； 其原始系統程序/文件包括:MBR、系統引導程序和系統內核文件。其中，MBR是虛擬 機鏡像前512位元組；系統引導文件位於虛擬機MBR內硬碟分區表所指向的虛擬機鏡像內 部地址，其程序實體因具體情況而異，例如：Grub程序和Windows自帶的Ntldr或bootmgr 文件；系統內核文件因具體作業系統而異，例如：Linux作業系統的內核文件是initrd和 vmlinuz文件，Windows作業系統的主要內核文件包括系統分區Windows\System32路徑下 的 ntoskrnl. exe 和 hal. dll 等文件。
[0013] S14、對原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成度量 基準值，並將度量基準值存儲至存儲器中。
[0014] 具體的，如圖3所示，所述步驟S11包括以下子步驟： S111、通過網絡和瀏覽器連接提供各項配置功能。
[0015] 具體的，所述配置功能包括虛擬機啟動完整性維護使能標識和用戶指定程序/文 件在虛擬機內的路徑及文件名，其中使能標識表示虛擬機管理接口是否在虛擬機啟動時對 用戶指定程序/文件進行完整性維護。
[0016] S112、標記或取消標記使能標識，掃描和識別用戶指定程序/文件的路徑和文件 名，通過對各項配置功能的選擇形成原始用戶配置信息。
[0017] S113、根據原始用戶的配置信息形成完整性維護的原始用戶配置文件。
[0018] 具體的，用戶配置文件包括：用戶指定程序/文件的路徑、文件名列表和虛擬機使 能標識，用戶指定程序/文件的路徑登記在文件名列表中。
[0019] 具體而言，虛擬機管理接口以B/S模式提供選擇界面和配置功能，用戶通過網絡 和瀏覽器連接輸入用戶名和口令登錄虛擬機管理接口，虛擬機管理接口在接收到用戶的配 置信息後，形成用戶配置文件，並存儲在存儲器上。
[0020] S2、接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時度量值； 優選地，如圖4所示，所述步驟S2包括以下子步驟： 521、 根據實時用戶配置信息獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取 實時的用戶指定程序/文件； 522、 解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取實時系統程序/文件； 523、 對實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成實時度量 值。
[0021] S3、根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動需要的系統程序/文件 和用戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護； 優選地，如圖5所示，所述步驟S3包括以下子步驟： S31、將實時度量值和度量基準值進行比較，如果實時度量值和度量基準值相同，則正 常啟動虛擬機；如果實時度量值和度量基準值不同，則將檢測信息反映給用戶。
[0022] S32、在用戶選擇不進行恢復操作時，正常啟動虛擬機，在用戶選擇進行恢復操作 時，讀取備份的文件； S33、通過實時用戶配置文件來定位備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，讀 取備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，對實時系統程序/文件和用戶指定程序 /文件進行恢復。
[0023] 結合附圖6對本發明實施例所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護方法的工作 流程進行說明，詳細流程如下所示： 步驟1. 1 :根據原始用戶配置信息獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件名，從 而獲取原始用戶指定程序/文件，進行備份；然後進入步驟1. 2。
[0024] 步驟1. 2解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取原始系統程序/文件，進行備份； 進入步驟1.3。
[0025] 步驟1. 3 :對原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成 度量基準值，並將度量基準值進行存儲；進入步驟1. 7。
[0026] 步驟1.4 :根據實時用戶配置信息獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件 名，從而獲取實時的用戶指定程序/文件；進入步驟1. 5。
[0027] 步驟1. 5 :解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取實時系統程序/文件；進入步驟 1. 6。
[0028] 步驟1. 6 :對實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成 實時度量值，進入步驟1.7。
[0029] 步驟1.7 :比較實時度量值與度量基準值，如果實時度量值與度量基準值比較 結果一致，則進入步驟1. 10,如果實時度量值與度量基準值比較結果不一致，則進入步驟 1. 8。
[0030] 步驟1.8:將檢測信息反映給用戶，在用戶選擇不進行恢復操作時，進入步驟 1. 10,在用戶選擇進行恢復操作時，進入步驟1. 9。
[0031] 步驟1. 9 :通過實時用戶配置文件來定位備份的用戶指定程序/文件和系統程序 /文件，讀取備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，對實時系統程序/文件和用戶 指定程序/文件進行恢復，進入步驟1. 10。
[0032] 步驟1. 10 :正常啟動虛擬機。
[0033] 本發明實施例提供一種可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，首先通過原始用 戶的配置信息形成度量基準值，並對根據原始用戶配置信息獲取的原始系統程序/文件和 原始用戶指定程序/文件進行備份，為後期虛擬機啟動完整性的維護提供進行缺陷修補的 模本。根據將存儲的度量基準值與實時度量值進行比較，掃描識別出實時系統程序/文件 和實時用戶指定程序/文件中存在的缺陷，根據在先備份的原始系統程序/文件和原始用 戶指定程序/文件對其缺陷進行修補，最終達到虛擬機安全啟動，進而使虛擬機安全運行。 相比於傳統的可信啟動和遠程證明過程僅記錄和出示虛擬機啟動過程是否可信的證據而 言，採用本發明實施例所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法使虛擬機管理器不僅 能夠對重要程序/文件進行備份、檢測和恢復，保證虛擬機啟動過程的可靠性和安全性，而 且通過掃描識別用戶的配置信息，增強了虛擬機啟動完整性管理的可維護性和可擴展性。
[0034] 如圖7所示，本發明實施例還提供一種可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統， 所述可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統包括如下模塊： 度量基準模塊10,用於接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量 基準值； 實時度量模塊20,用於接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時 度量值； 完整性檢測及維護模塊30,用於根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動 需要的系統程序/文件和用戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護。
[0035] 可選地，如圖8所示，所述度量基準模塊10包括以下單元： 原始配置單元11，用於識別和掃描用戶配置信息，形成原始用戶用戶配置文件； 原始用戶指定程序/文件獲取單元12,用於根據原始用戶配置文件中用戶指定文件列 表，獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取原始用戶指定程序/文件，進 行備份； 原始系統程序/文件獲取單元13,用於解析虛擬機鏡像以獲取虛擬機啟動過程需要的 原始系統程序/文件，進行備份； 度量基準值生成單元14,用於對原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件進行 哈希運算，形成度量基準值，並將度量基準值進行存儲。
[0036] 可選地，如圖9所示，所述原始配置單元11包括以下子單元： 網絡設置子單元111，用於通過網絡和瀏覽器連接提供各項配置功能； 配置選擇子單元112,用於通過對各項配置功能的選擇形成原始用戶配置信息； 配置文件生成子單元113,用於根據原始用戶的配置信息形成完整性維護的原始用戶 配置文件。
[0037] 可選地，如圖10所示，所述實時度量模塊20包括以下單元： 實時的用戶指定程序/文件獲取單元21，用於根據實時用戶配置信息獲取用戶指定文 件在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取實時的用戶指定程序/文件； 實時系統程序/文件獲取單元22,用於解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取實時系 統程序/文件； 實時度量值生成單元23,用於對實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件進行 哈希運算，形成實時度量值。
[0038] 可選地，如圖11所示，所述完整性檢測及維護模塊30包括以下單元： 度量值比較單元31，用於將實時度量值和度量基準值進行比較，如果實時度量值和度 量基準值相同，則正常啟動虛擬機；如果實時度量值和度量基準值不同，則將檢測信息反映 給用戶； 用戶選擇單元32,用於在用戶選擇不進行恢復操作時，正常啟動虛擬機，在用戶選擇進 行恢復操作時，讀取備份的文件； 恢復單元33,用於通過實時用戶配置文件來定位備份的用戶指定程序/文件和系統程 序/文件，讀取備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，對實時系統程序/文件和用 戶指定程序/文件進行恢復。
[0039] 以上裝置實施例與方法實施例是一一對應的，裝置實施例簡略之處，參見方法實 施例即可。
[0040] 本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他 實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
[0041] 專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元 及算法步驟，能夠以電子硬體、計算機軟體或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬體和 軟體的可互換性，在上述說明中已經按照功能性一般性地描述了各示例的組成及步驟。這 些功能究竟以硬體還是軟體方式來執行，取決於技術方案的特定應用和設計約束條件。專 業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不 應超過本發明的範圍。
[0042] 結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬體、處理器執 行的軟體模塊，或者二者的結合來實施。軟體模塊可以置於隨機儲存器、內存、只讀存儲器、 電可編程ROM、電可擦除可編程ROM、寄存器、硬碟、可移動磁碟、CD-ROM、或【技術領域】內所公 知的任意其他形式的存儲介質中。
[0043] 上面結合附圖對本發明的實施例進行了描述，但是本發明並不局限於上述的具體 實施方式，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領域的普通技術人員 在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的範圍情況下，還可做出很多 形式，這些均屬於本發明的保護之內。
【權利要求】
1. 一種可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於：所述可配置的虛擬機啟 動完整性維護的方法包括如下步驟： 51、 接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量基準值； 52、 接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時度量值； 53、 根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動需要的系統程序/文件和用 戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護。
2. 根據權利要求1所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於，所述 步驟S1包括以下子步驟： 511、 識別和掃描用戶配置信息，形成原始用戶配置文件； 512、 根據原始用戶配置文件中用戶指定文件列表，獲取用戶指定文件在虛擬機內的路 徑和文件名，從而獲取原始用戶指定程序/文件，進行備份； 513、 解析虛擬機鏡像以獲取虛擬機啟動過程需要的原始系統程序/文件，進行備份； 514、 對原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成度量基準 值，並將度量基準值進行存儲。
3. 根據權利要求2所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於，所述 步驟S11包括以下子步驟： 5111、 通過網絡和瀏覽器連接提供各項配置功能，所述配置功能包括虛擬機啟動完整 性維護使能標識和用戶指定程序/文件在虛擬機內的路徑及文件名，其中使能標識表示虛 擬機管理接口是否在虛擬機啟動時對用戶指定程序/文件進行完整性維護； 5112、 標記或取消標記使能標識，掃描和識別用戶指定程序/文件的路徑和文件名，通 過對各項配置功能的選擇形成原始用戶配置信息； 5113、 根據原始用戶的配置信息形成完整性維護的原始用戶配置文件，用戶配置文件 包括：用戶指定程序/文件的路徑、文件名列表和虛擬機使能標識，用戶指定程序/文件的 路徑登記在文件名列表中。
4. 根據權利要求3所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於，所述 步驟S2包括以下子步驟： 521、 根據實時用戶配置信息獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取 實時的用戶指定程序/文件； 522、 解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取實時系統程序/文件； 523、 對實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件進行哈希運算，形成實時度量 值。
5. 根據權利要求4所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的方法，其特徵在於，所述 步驟S3包括以下子步驟： 531、 將實時度量值和度量基準值進行比較，如果實時度量值和度量基準值相同，則正 常啟動虛擬機；如果實時度量值和度量基準值不同，則將檢測信息反映給用戶； 532、 在用戶選擇不進行恢復操作時，正常啟動虛擬機，在用戶選擇進行恢復操作時，讀 取備份的文件； 533、 通過實時用戶配置文件來定位備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，讀 取備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，對實時系統程序/文件和用戶指定程序 /文件進行恢復。
6. -種可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述可配置的虛擬機啟 動完整性維護的系統包括如下模塊： 度量基準模塊，用於接收原始用戶配置信息形成原始用戶配置文件，從而設置度量基 準值； 實時度量模塊，用於接收實時用戶配置信息形成實時用戶配置文件，從而設置實時度 量值； 完整性檢測及維護模塊，用於根據實時度量值和度量基準值的比較，對虛擬機啟動需 要的系統程序/文件和用戶指定程序/文件進行完整性檢測及維護。
7. 根據權利要求6所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述 度量基準模塊包括， 原始配置單元，用於識別和掃描用戶配置信息，形成原始用戶用戶配置文件； 原始用戶指定程序/文件獲取單元，用於根據原始用戶配置文件中用戶指定文件列 表，獲取用戶指定文件在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取原始用戶指定程序/文件，進 行備份； 原始系統程序/文件獲取單元，用於解析虛擬機鏡像以獲取虛擬機啟動過程需要的原 始系統程序/文件，進行備份； 度量基準值生成單元，用於對原始系統程序/文件和原始用戶指定程序/文件進行哈 希運算，形成度量基準值，並將度量基準值進行存儲。
8. 根據權利要求7所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述 原始配置單元包括， 網絡設置子單元，用於通過網絡和瀏覽器連接提供各項配置功能； 配置選擇子單元，用於通過對各項配置功能的選擇形成原始用戶配置信息； 配置文件生成子單元，用於根據原始用戶的配置信息形成完整性維護的原始用戶配置 文件。
9. 根據權利要求8所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述 實時度量模塊包括， 實時的用戶指定程序/文件獲取單元，用於根據實時用戶配置信息獲取用戶指定文件 在虛擬機內的路徑和文件名，從而獲取實時的用戶指定程序/文件； 實時系統程序/文件獲取單元，用於解析虛擬機鏡像，從虛擬機鏡像中獲取實時系統 程序/文件； 實時度量值生成單元，用於對實時系統程序/文件和實時用戶指定程序/文件進行哈 希運算，形成實時度量值； 根據權利要求9所述的可配置的虛擬機啟動完整性維護的系統，其特徵在於，所述完 整性恢復模塊包括， 度量值比較單元，用於將實時度量值和度量基準值進行比較，如果實時度量值和度量 基準值相同，則正常啟動虛擬機；如果實時度量值和度量基準值不同，則將檢測信息反映給 用戶； 用戶選擇單元，用於在用戶選擇不進行恢復操作時，正常啟動虛擬機，在用戶選擇進行 恢復操作時，讀取備份的文件； 恢復單元，用於通過實時用戶配置文件來定位備份的用戶指定程序/文件和系統程序 /文件，讀取備份的用戶指定程序/文件和系統程序/文件，對實時系統程序/文件和用戶 指定程序/文件進行恢復。
【文檔編號】G06F9/445GK104216743SQ201410425198
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月27日 優先權日:2014年8月27日
【發明者】徐士偉 申請人:中國船舶重工集團公司第七0九研究所