TCG Software Stack 简介

TCG Software Stack 简介

http://blog.sina.com.cn/s/blog_48b828860100k3el.html

自己总结了一下TSS的相关资料，简介一共分为五大部分：

1. TPM Internals

2. TPM Device Driver(TDD)

3. TCG Device Driver Library(TDDL)

4. TCG Core Services(TCS)

5. TCG Service Provider(TSP)

 

0. TSS简介

   TSS是与TPM进行交互的核心软件部件，TSS的设计规范由TCG颁布，到目前为止版本号为1.2，并且厂商自行设计的TSS必须符合TSS1.2标准。TSS的构成如图所示，那么TSS的设计目的有以下四个方面：

   （1）为应用程度提供到TPM功能服务的单入口点；

   （2）提供对TPM的同步访问；

   （3）按标准构建字节流隐藏应用程序所构建的命令流；

   （4）TPM资源的管理。

   一般说来，TSS就是使用户可以使用TPM所提供的相关服务，这些服务包括：完整性度量及报告、认证功能和加、解密服务等。

一、TPM Internals

    TPM的内部构造，只介绍主要的几个部分，如下：

1. I/O
   管理流经通信总线的信号流，典型的 LPC总线 (Low PinCount Bus)。
2. Execution Engine
   是一个微控制器，用于对命令码的校验、解析及执行，并控制内部执行流。（类似于PC中的CPU）

3. SHA-1 Engine (160 bits)
   主要被TPM使用，作为其可信的哈希算法。在平台启动过程中，其接口暴露在TPM外以进行度量工作，由CRTM使用，但不由应用程序使用。未来的TPM版本会加入更多的哈希算法。
4. RNG
   TPM内部的随机源，伪随机生成器。用于生成Nonce , 密钥等。

5. RSA Engine and Key Generator
    用于非对称密钥的生成(RSA；存储SK及AIK 密钥大小 >= 2048)，它支持 512, 1024, 2048 bit的密钥，规范中建议使用2048位的密钥。RSA密钥生成遵循PKCS #1标准，在规范中其RSA公钥必须是0x10001。RSA密钥在使用的时候要加载到TPM内部。

6. Volatile Memory
   里面包括：密钥槽(10个)、 PCR值(24个)，密钥句柄、授权会话句柄等。（类似于PC中的内存）
7. Non-Volatile Memory
   包括EK(2048bit)、EK证书，SRK(2048bit)及属主(Owner)授权数据(160bit)等。（类似于PC中的硬盘）
8. Opt-In

    平台属主决定是否使用TPM。（类似于PC中的power键）

 

PS:括号中的“类似于”只是帮助理解TPM的内部构造。另外提一下，TPM+CRTM+TSS构成了可信平台的子系统，该子系统可以用在PC、PDA、mobilephone、PS3、XBOX等通信设备系统中，增强该系统的安全性及可信性。

TDD这一部分就不介绍，具体可参见TIS标准。

二、TDDL

   TDDL是TSS用于和TPM通信的组件，它是运行于用户空间的第一个TSS组件，提供了内核模式到用户模式的转换。在TSS规范中，它也处于TCS和TDD之间，为TCS提供接口TDDLi，这里TDDLi是一个单线程同步接口，发送到TDDLi的TPM命令都已经被串行化。那么对于直接访问TPM设备的程序，TDDLi提供了7个功能函数，用于和TDD进行通信。这些函数包括：
   Tddli_Open()、Tddli_Close()、Tddli_TransmitData(…)、…
    值得说明的是，TDDL必须仅提供对TCS的链接。在这一部分，主要对TPMCommands以及授权协议作一下介绍。

    1.TPMCommands

   下面来具体介绍一下TPM Command。TPMCommands就是TPM可以直接理解的命令，用这些命令可以直接访问TPM，如图：

下面具体举一个例子来说明一下这些命令是怎么使用的，如图所示：

这样一个简单的询问PCR数量的命令交互过程就完成了。传输以及接受到的命令流都是以图中十六进制方式表示的。

2. 授权协议（Authorization Protocols）

   授权是指，能够证明请求者拥有执行某个TPM功能和使用某些对象的许可。用双方共享秘密(授权数据 )进行证明，无其他方式。

   授权数据是一个在用户和TPM之间共享的160bit秘密值，该秘密值由用户创建，可以看做是password。SRK及TPMOwner的授权数据要保存在TPM内部非易失性存储区内，而其他对象的授权数据则要与其自身进行绑定。当我们在编写关于TPM程序的时候，授权数据在策略对象里设置。

   在TPM中授权协议有很多，仅介绍其中有代表性的两个协议：对象无关授权协议(OIAP)以及对象相关授权协议(OSAP)。

    （1）ObjectIndependent Authorization Protocol (OIAP)
       为提高效率而设计，在一个授权会话中可以验证一个或多个不同的对象；
       验证的过程使用双方共享的秘密值(授权数据)；
    （2）ObjectSpecific Authorization Protocol (OSAP)
       在一个授权会话中仅对一个对象进行操作；
       设置或重新设置授权数据的时候使用该协议；

下面用一个例子来说明这两个协议的使用，该例子说明的是一个密钥的创建-》加载-》使用整个过程所使用的授权协议，如图所示：

总的说来，这两个协议基于的是传统的“挑战-响应”认证方法，比较容易理解。

三、TCG Core Service

   此部分将详细介绍TCS核心服务，为什么要有这个服务呢？首先分析一下TPM所存在的一些缺陷，如下：

   （1）一次只有一个操作可以进行；

   （2）由于硬件的限制，TPM处理速度很慢；

   （3）有限的资源，包括密钥槽、授权槽等；

   （4）只能通过一个驱动程序与其进行串行通信；

    （5）本地软件与之通信是有限制的。

   针对这些缺陷，TCS采取如下的方法：

   （1）可以对多个TPM待处理的操作进行排队；

   （2）对于不需要TPM处理的操作，TCS可以自行作出响应；

   （3）对TPM有限资源进行管理，可看做是无限的资源；

   （4）将输入输出的数据进行相应的转换；

   （5）可以对资源提供本地的或者远程的调用方式。

    那么TCS的特点又有哪些呢？

   （1）TCS是一个后台服务（类似于Linux下的daemon，或者windows下的system service）;

   （2）它为TSP提供标准的接口TCSi（稍后介绍）；

   （3）TCG标准中，TCS是唯一一个可以直接访问TPM的实体；

    （4）每个TPM仅对应一个TCS（注意：TCS并不提供加解密功能）；

   （5）对TPM有限的资源进行管理（密钥、证书管理，以及上下文的管理）；

   （6）TCS负责调度要操作的TPM命令（注意：每个操作都是原子操作，并且允许多线程访问）；

   （7）TCS将上层的命令转换为TPM命令格式。

   对于（4）~（7）这四个特点来说，我们可以将TCS视为一个软件的TPM。就其本质来说，TCS就是一个管理服务。

1. TCS Interface(TCSi)

   它类似于C语言接口（说C接口只是为了方面讨论而定义的基准，其实并不是这么做。真正的TCS接口定义在TSS发布的.wsdl文件中，实为Web服务。），允许多个线程访问TCS，每个操作都是原子操作，它作为系统进程存在，TSP与之的通信有可能是RPC，如图。

2. Manager Services

   用文字叙述较为困难，做了几个图来具体介绍一下TCS所提供的管理服务，如图：

（注意：这里的Persistent Storage与之后介绍的TSP层的PersistentStorage不是同一个贮存区，他们各自有其贮存区，在TCS层仅有一个贮存区，而在TSP层则针对不同的用户有不同的贮存区。

以下是一个密钥管理的例子.














该例子是IMA的一个例子，具体的实现参考IMA 在SUSE Linux11下的安装及使用