本發(fā)明涉及一種信任鏈延伸方法，能將傳統(tǒng)信任鏈從可信硬件延伸到j(luò)ava應用，從而提高java應用安全性。

背景技術(shù)：

隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，人類已經(jīng)進入了“信息時代”。信息系統(tǒng)越來越廣泛的應用于政治、經(jīng)濟、教育和軍事領(lǐng)域中。然而，系統(tǒng)缺陷、策略漏洞、惡意攻擊等問題一直嚴重威脅著信息系統(tǒng)的安全性。如何有效抵御多種安全威脅，提升信息系統(tǒng)可靠性一直是信息安全領(lǐng)域廣泛關(guān)注的熱點問題。

java技術(shù)利用java虛擬機(javavirtualmachine，jvm)實現(xiàn)了平臺無關(guān)、前端設(shè)計語言無關(guān)程序設(shè)計。這一特性能夠有效地為遺留系統(tǒng)的改造接入、異構(gòu)系統(tǒng)的互連互通提供支持，使得java技術(shù)廣泛地應用于各種信息系統(tǒng)構(gòu)建。ibm、oracle等知名企業(yè)均廣泛采用java技術(shù)作為其企業(yè)級業(yè)務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建的核心技術(shù)。google在其云計算服務(wù)中部署定制的jvm，為各種采用python、java等語言實現(xiàn)的應用提供統(tǒng)一的執(zhí)行環(huán)境。知名手機操作系統(tǒng)android的核心部分也是基于jvm技術(shù)規(guī)范實現(xiàn)的dalvik虛擬機，其應用開發(fā)也是采用java語言。目前，越來越多的軟件系統(tǒng)開始直接面向jvm開發(fā)，jvm和基于jvm技術(shù)規(guī)范實現(xiàn)的語言級虛擬機已經(jīng)成為各種應用運行的基礎(chǔ)性平臺。因此，從jvm層次提供有效的信任與安全保障機制具有非常重要的意義。

針對信息安全問題，可信計算組織(trustedcomputinggroup，tcg)提出了一種可信計算機系統(tǒng)的構(gòu)建方法。該方法的基本思想是：首先通過構(gòu)建信任根，信任根即tcg提出的可信平臺模塊tpm(trustedplatformmodule，tpm)，也就是一種安全芯片。以tpm芯片作為信任的基點，建立一條從信任根到硬件平臺、到操作系統(tǒng)、再到應用程序的信任鏈。在tpm芯片中存儲有bios度量值，用來認證bios的完整性；bios中存儲有操作系統(tǒng)加載器(osloader)度量值，用來認證osloader的完整性；osloaer中存儲有可信操作系統(tǒng)度量值，用來認證可信操作系統(tǒng)的完整性。這樣就可以一級度量認證一級(這里度量指的是用張煥國所著《可信計算》(武漢大學出版社)一書中第26頁的度量方法，即采用哈希函數(shù)來檢測數(shù)據(jù)完整性是否遭受破壞，哈希函數(shù)運算得到的結(jié)果即為度量值)，一級信任一級，最終把這種信任擴展到整個計算機系統(tǒng)，從而確保整個系統(tǒng)的可信。為了便于使用tpm的安全功能，可信計算組織tcg提出了可信軟件棧(tcgsoftwarestack，tss)的概念。tss作為可信平臺的核心軟件，是應用程序與tpm進行交互的接口。采用可信計算技術(shù)在理論上能夠保證應用程序的完整性。但是對于java應用而言，直接為每一個程序建立信任鏈仍然存在一些安全性和可用性問題：第一，java應用以java字節(jié)碼的形式存在，在執(zhí)行時由jvm實時翻譯執(zhí)行，不與操作系統(tǒng)直接關(guān)聯(lián)。通?？尚挪僮飨到y(tǒng)只度量直接相關(guān)的應用，例如jvm，而不會單獨度量每一個java程序；第二，jvm中的系統(tǒng)類一般會被多個java程序調(diào)用，如果直接度量java應用，就會重復度量系統(tǒng)類，產(chǎn)生額外開銷；第三，jvm和java應用的完整性易遭受破壞。因此，現(xiàn)有信任鏈建立方法難以有效保障java應用的可信性，需要將信任鏈延伸到j(luò)ava應用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種java虛擬機及其中的信任鏈延伸方法，以解決在java虛擬機上運行的java應用可信性沒有保證、java程序信任保障中存在的度量邊界不清、度量開銷大的技術(shù)問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種java虛擬機中的信任鏈延伸方法，包括步驟：

a、在可信jvm中構(gòu)建可信根應用，并在可信jvm中添加jvm度量模塊，得到集成了可信根應用的jvm；

b、tpm芯片對bios、操作系統(tǒng)加載器、可信操作系統(tǒng)進行可信認證；

c、可信操作系統(tǒng)接收并處理java應用請求；

d、集成了可信根應用的jvm對java應用作完整性檢測：

d1、jvm度量模塊對請求的java應用二進制數(shù)據(jù)進行sha1運算，得到運算結(jié)果q，發(fā)送給java應用可信認證模塊；

d2、tss訪問驅(qū)動模塊對第j個鍵值對進行讀取，得到靜態(tài)java應用度量值的鍵值對<sj，nj>，發(fā)送給java應用可信認證模塊；sj為第j個java應用的名稱，nj為第j個java應用的度量值；

d3、java應用可信認證模塊對q和nj進行對比：若相等，加載java應用并執(zhí)行。

優(yōu)選的，在步驟c之前還包括：

c1、可信操作系統(tǒng)對集成了可信根應用的jvm二進制數(shù)據(jù)作sha1運算，將sha1運算得到的結(jié)果m1存放到所述tpm芯片中；

c2、可信操作系統(tǒng)對集成了可信根應用的jvm二進制數(shù)據(jù)重新進行sha1運算得到結(jié)果m2；

若m1與m2相等，繼續(xù)處理java應用。

優(yōu)選的，所述可信根應用采用java語言編寫。

優(yōu)選的，包括由可信根應用服務(wù)接口、java應用可信認證模塊、jvm交互接口、tss訪問驅(qū)動模塊、jvm度量模塊組成的可信根應用；

其中，所述java應用可信認證模塊、tss訪問驅(qū)動模塊均與所述可信根應用服務(wù)接口連接；所述jvm交互接口與所述java應用可信認證模塊連接；所述jvm度量模塊與所述jvm交互接口連接；

所述java應用可信認證模塊從tss訪問驅(qū)動模塊獲取tpm芯片中靜態(tài)java應用度量值，同時從jvm交互接口得到實時java應用度量值，對兩者進行對比后將對比結(jié)果發(fā)送給可信根應用服務(wù)接口；

所述可信根應用服務(wù)接口是可信根應用的外部訪問接口；可信根應用服務(wù)接口從tss訪問驅(qū)動模塊獲取tpm芯片中的java應用度量值，并從java應用可信認證模塊獲取java應用可信認證結(jié)果，再將兩者發(fā)送給可信操作系統(tǒng)；

所述jvm交互接口是可信根應用和jvm度量模塊之間的交互接口，從jvm度量模塊獲取實時java應用度量值，將結(jié)果送給java應用可信認證模塊，從而控制jvm是否進一步加載執(zhí)行該應用；

所述tss訪問驅(qū)動模塊從tss中獲取tpm芯片中的靜態(tài)java應用度量值，發(fā)送給java應用可信認證模塊和可信根應用服務(wù)接口；

所述jvm度量模塊對請求的java應用二進制數(shù)據(jù)進行sha1運算，得到運算結(jié)果q，發(fā)送給java應用可信認證模塊。

優(yōu)選的，所述tss訪問驅(qū)動模塊通過tss與tpm芯片連接。

本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明構(gòu)建一個“可信根應用”，并將此可信根應用集成到j(luò)vm中。tpm芯片對bios(basicinputoutputsystem)、操作系統(tǒng)加載器(osloader)、可信操作系統(tǒng)進行可信認證，構(gòu)成可信環(huán)境。tpm芯片首先度量集成了可信根應用的jvm，并將度量值存入tpm芯片中，之后通過集成了可信根應用的jvm對可信操作系統(tǒng)中所有java程序進行度量，并將度量值存入tpm芯片中，為后面java應用運行時判定java應用完整性作參考。當有java應用請求后，首先對集成了可信根應用的jvm完整性進行檢測，然后對請求的java應用作完整性檢測。通過上述方法可以實現(xiàn)在java應用加載時對其他java應用進行度量和認證，保證在jvm中的java應用的可信性，使得信任鏈能夠從可信jvm延伸到j(luò)ava應用。

除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的流程圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的構(gòu)建的java虛擬機模塊示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可以根據(jù)權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。

參見圖1、圖2，本發(fā)明java虛擬機信任鏈延伸方法包括步驟：

第一步，構(gòu)建一個可信根應用和jvm度量模塊，得到集成了可信根應用的jvm：

1.1在可信jvm中構(gòu)建可信根應用，可信根應用是一個采用java語言編寫的可信服務(wù)應用程序?？尚鸥鶓貌捎胘ava語言編寫?？尚鸥鶓糜煽尚跑浖ss(tcgsoftwarestack)訪問驅(qū)動模塊、jvm交互接口、java應用可信認證模塊和可信根應用服務(wù)接口組成。

tss訪問驅(qū)動模塊與tss相連，tss訪問驅(qū)動模塊通過tss獲取tpm芯片中的靜態(tài)java應用度量值，將靜態(tài)java應用度量值送給java應用可信認證模塊和可信根應用服務(wù)接口；jvm交互接口是可信根應用和jvm度量模塊之間的交互接口。jvm交互接口與jvm度量模塊相連，從jvm度量模塊獲取實時java應用的度量值，將實時java應用的度量值送給java應用可信認證模塊，從而控制jvm是否進一步加載執(zhí)行該應用；java應用可信認證模塊與tss訪問驅(qū)動模塊、jvm交互接口、可信根應用服務(wù)接口相連。java應用可信認證模塊從tss訪問驅(qū)動模塊獲取靜態(tài)java應用度量值，同時從jvm交互接口得到實時java應用度量值，java應用可信認證模塊通過對靜態(tài)java應用度量值和實時java應用度量值進行對比后將對比結(jié)果(即java應用可信認證結(jié)果)送給可信根應用服務(wù)接口；可信根應用服務(wù)接口是可信根應用的外部訪問接口，該模塊與java應用可信認證模塊和tss訪問驅(qū)動模塊相連?？尚鸥鶓梅?wù)接口從tss訪問驅(qū)動模塊獲取tpm芯片中的靜態(tài)java應用度量值，并從java應用可信認證模塊獲取java應用可信認證結(jié)果，可信根應用服務(wù)接口將tpm芯片中的靜態(tài)java應用度量值和java應用可信認證結(jié)果送給可信操作系統(tǒng)。

1.2修改jvm，在jvm中添加jvm度量模塊，得到集成了可信根應用的jvm，方法是：jvm度量模塊與jvm類加載器和jvm交互接口相連，jvm度量模塊實時地從jvm類加載器中獲取加載的java應用二進制字節(jié)流，jvm度量模塊對加載的java應用二進制字節(jié)流進行sha1值計算得到j(luò)ava應用二進制字節(jié)流的度量值，并將java應用二進制字節(jié)流的度量值送給jvm交互接口。

第二步，tpm芯片對bios(basicinputoutputsystem)、操作系統(tǒng)加載器(osloader)、可信操作系統(tǒng)進行可信認證進行度量：

2.1tpm芯片讀取bios的二進制數(shù)據(jù)；

2.2tpm芯片將bios的二進制數(shù)據(jù)作為哈希函數(shù)sha1的輸入?yún)?shù)，得到160位的函數(shù)輸出值，與tpm芯片中存儲的bios度量值作比較，若不相等則加載失敗，提示“錯誤”，，轉(zhuǎn)2.1步，若相等則執(zhí)行2.3；

2.3tpm芯片將操作系統(tǒng)加載器(osloader)二進制數(shù)據(jù)作為哈希函數(shù)sha1的輸入?yún)?shù)，得到160位的函數(shù)輸出值，與bios中存儲的osloader度量值作比較，若不相等則加載失敗，提示“錯誤”，轉(zhuǎn)2.1步，若相等則執(zhí)行2.4步；

2.4tpm芯片將可信操作系統(tǒng)二進制數(shù)據(jù)作為哈希函數(shù)sha1的輸入?yún)?shù)，得到160位的函數(shù)輸出值，與osloader中存儲的可信操作系統(tǒng)度量值作比較，若不相等則加載失敗，提示“錯誤”，轉(zhuǎn)2.1步，若相等則執(zhí)行第三步；

第三步，可信操作系統(tǒng)對集成了可信根應用的jvm二進制數(shù)據(jù)作sha1運算，將sha1運算得到的結(jié)果m1存放到tpm芯片中；

第四步，可信根應用對需要在jvm中運行的其他所有java應用作度量并存儲，將信任鏈延伸到j(luò)ava應用：

4.1java應用可信認證模塊通過可信操作系統(tǒng)獲取所有其他java應用，若其他java應用有m個，則形成一個長度為m的隊列，隊列中的元素為除可信根應用以外的其他java應用；

4.2令i＝1；

4.3取出隊列中第i個java應用的二進制數(shù)據(jù)作sha1運算得到運算結(jié)果即靜態(tài)java應用度量值ni；

4.4將內(nèi)容為<java應用名稱，ni>的鍵值對通過tss訪問驅(qū)動模塊存儲到tpm芯片中；

4.5判定i是否小于m，若i小于m，表示還有java應用未處理，令i＝i+1，轉(zhuǎn)4.3，若i大于或等于m則執(zhí)行第五步；

第五步，可信操作系統(tǒng)接收并處理java應用請求，保證執(zhí)行java應用可信：

5.1可信操作系統(tǒng)接收某個java應用運行請求，開始啟動執(zhí)行java應用環(huán)境；

5.2可信操作系統(tǒng)對集成了可信根應用的jvm作完整性檢測：

5.2.1可信操作系統(tǒng)重新讀取集成了可信根應用的jvm二進制數(shù)據(jù)；

5.2.2可信操作系統(tǒng)對集成了可信根應用的jvm二進制數(shù)據(jù)進行sha1運算得到結(jié)果m2；

5.2.3可信操作系統(tǒng)讀取tpm芯片中預先存放的m1；

5.2.3可信操作系統(tǒng)對m1和m2進行比對，若m1與m2不相等，表明集成了可信根應用的jvm遭受了篡改，則終止加載集成了可信根應用的jvm，并向可信操作系統(tǒng)報告“jvm不完整”的錯誤，轉(zhuǎn)5.1步；若m1與m2相等，表明集成了可信根應用的jvm未遭受篡改，則加載運行集成了可信根應用的jvm，執(zhí)行5.3步；

5.3集成了可信根應用的jvm對java應用作完整性檢測：

5.3.1jvm度量模塊讀取請求的java應用二進制數(shù)據(jù)和java應用名稱s；

5.3.2jvm度量模塊對請求的java應用二進制數(shù)據(jù)進行sha1運算，得到運算結(jié)果q(即實時java應用度量值)，將q送給java應用可信認證模塊；

5.3.3tss訪問驅(qū)動模塊讀取tpm芯片中存儲的靜態(tài)java應用度量值的鍵值對<java應用名稱，靜態(tài)java應用度量值>；

5.3.4令j＝1；

5.3.5tss訪問驅(qū)動模塊對第j個鍵值對進行讀取，得到<sj，nj>；sj為第j個java應用的名稱，nj為第j個java應用的度量值，將靜態(tài)java應用度量值的鍵值對送給java應用可信認證模塊；

5.3.6java應用可信認證模塊對s和sj進行對比，若兩者相同，則表示找到了對應的java應用，轉(zhuǎn)5.3.8，若不相同表示未匹配到j(luò)ava應用，則執(zhí)行5.3.7，

5.3.7判定j是否小于m，若j小于m，表示還有<java應用名稱，java應用度量值>鍵值對未處理，令j＝j(luò)+1，轉(zhuǎn)5.3.5，若j大于或等于m則執(zhí)行5.3.8，由于開始登記了所有java應用便不存在查找java應用失敗的情況，可以根據(jù)j得到要執(zhí)行的java應用的度量值nj；

5.3.8java應用可信認證模塊對q和nj進行對比。若不相等，表明請求的java應用遭受篡改，終止請求的java應用，向可信操作系統(tǒng)報告“java應用不完整”的錯誤，轉(zhuǎn)5.1步；若相等，表明請求的java應用未遭受篡改，加載java應用并執(zhí)行，從而保證java應用可信，

執(zhí)行結(jié)束后也轉(zhuǎn)5.1步，可信操作系統(tǒng)一直處于等待、接收、處理java應用的循環(huán)中。

這樣，在tpm芯片和可信操作系統(tǒng)的支持下，通過創(chuàng)建運行在jvm內(nèi)部的可信根應用，使得信任鏈能夠從tpm芯片延伸到j(luò)vm內(nèi)部，能在jvm內(nèi)部對java應用的完整性進行檢測，從而能夠有效保障java應用可信。

根據(jù)上述的一種java虛擬機，包括由可信根應用服務(wù)接口、java應用可信認證模塊、jvm交互接口、tss訪問驅(qū)動模塊、jvm度量模塊組成的可信根應用；

其中，所述java應用可信認證模塊、tss訪問驅(qū)動模塊均與所述可信根應用服務(wù)接口連接；所述jvm交互接口與所述java應用可信認證模塊連接；所述jvm度量模塊與所述jvm交互接口連接；

所述java應用可信認證模塊從tss訪問驅(qū)動模塊獲取tpm芯片中靜態(tài)java應用度量值，同時從jvm交互接口得到實時java應用度量值，對兩者進行對比后將對比結(jié)果發(fā)送給可信根應用服務(wù)接口；

所述可信根應用服務(wù)接口是可信根應用的外部訪問接口；可信根應用服務(wù)接口從tss訪問驅(qū)動模塊獲取tpm芯片中的java應用度量值，并從java應用可信認證模塊獲取java應用可信認證結(jié)果，再將兩者發(fā)送給可信操作系統(tǒng)；

所述jvm交互接口是可信根應用和jvm度量模塊之間的交互接口，從jvm度量模塊獲取實時java應用度量值，將結(jié)果送給java應用可信認證模塊，從而控制jvm是否進一步加載執(zhí)行該應用；

所述tss訪問驅(qū)動模塊從tss中獲取tpm芯片中的靜態(tài)java應用度量值，發(fā)送給java應用可信認證模塊和可信根應用服務(wù)接口；

所述jvm度量模塊對請求的java應用二進制數(shù)據(jù)進行sha1運算，得到運算結(jié)果q，發(fā)送給java應用可信認證模塊。

所述tss訪問驅(qū)動模塊通過tss與tpm芯片連接。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。