前述のように、証明書関連のコンテンツには、ソフトウェアだけでなくハードウェアにも多くの用途があります。今回はTPM関連の内容についてお話します。

1.TPMの紹介

1.1 背景

TCG のハードウェアベースのセキュリティアーキテクチャは、1990 年代後半に増加する高度なマルウェア攻撃アプリケーションに対応して開発されました。当時も今も、PC クライアントに対するネットワーク攻撃に対抗する最も一般的な方法は、ウイルス対策ソフトウェアを使用することです。

**純粋なソフトウェア防御の根本的な欠陥は、ソフトウェア自体が効果的に検証できないことです。**マルウェアが PC 上のウイルス対策ソフトウェアと同じ実行権を取得すると、プログラムを閉じてその存在を隠すことができます。ウイルス対策ソフトウェアが検出しにくい方法でファームウェアとブートローダーを標的にすることで、マルウェアはより巧妙になります。

ソフトウェア構成を安全に検証できるようにするために、トラステッドコンピューティングプラットフォームには、システムメモリの外部でソフトウェアの状態を記録および検証するための場所が必要です。コンピューターセキュリティの世界では、メインメモリソフトウェアを検証するためのハードウェアセキュリティ監視の概念が何十年も前から存在しています。ただし、TCG が 1 ドル未満のハードウェアモジュールを設計したことは重要です。これにより、広く利用できるようになります。このように、TPM は、プラットフォームソフトウェアによって発行されたコマンドにのみ応答するパッシブチップとして設計されており、プラットフォームソフトウェアがそれ自体と一般的な暗号化モジュールを認証するのに役立ちます。

1.2 機能

TSS (主にオペレーティングシステムとアプリケーションソフトウェアが TPM を使用するためのインターフェイスを提供する、トラステッドコンピューティングプラットフォーム上の TPM をサポートするソフトウェア) を介して、トラステッドコンピューティングプラットフォーム上のアプリケーションに TPM によって提供されるコア機能は次のとおりです。、ストレージとレポート、リモート認証、データ保護、キー管理。

従来のシステムでは、鍵や認証情報などのセキュリティ情報はディスクにしか保存できず、非常に安全ではありませんでした。TPM セキュリティチップを搭載したシステムでは、いくつかのキーキーが TPM チップ内に格納されています. 現時点では、攻撃者は TPM を突破することによってのみシステムの保護を突破できます. はるかにコストがかかり、突破するのが困難です.ハードディスクよりもチップ。TPM はシステムの信頼性の最低レベルとなり、システム全体が信頼されるための基盤を提供します。
TPM の主な目的は、データの暗号化と復号化 (シール/アンシール) です. これらの TPM 暗号化されたデータは、この TPM チップによってのみ復号化できるため、データを保護するためにこの TPM チップでデータバインディングの目的を達成します. このデータは、暗号化された TPM チップなしでは解読できません。

1.3 開発

Trusted Computing Group (TCG) は 2003 年 3 月に設立されました。TCG は 2003 年に TPM 仕様のバージョン 1.2 をリリースし、TPM 仕様バージョン 2.0 のリビジョン 1.07 が 2014 年にリリースされました。パブリックレビューに公開され、以前にリリースされた主要な TPM 仕様の更新されたライブラリ仕様を提供し、TPM の歴史の飛躍を実現しました。 . TPM 仕様リビジョン 1.38 は TPM2.0 バージョンに属し、2016 年 9 月にリリースされました。

トラステッドコンピューティングの発展に伴い、トラステッドプラットフォームモジュールは必ずしもハードウェアチップの形であるとは限りません。特に、リソースが比較的限られているモバイルおよび組み込み環境では、ARM TrustZone に基づくなど、トラステッド実行環境 (TEE) に関する研究が比較的ホットです。、スマートカードなどにより、信頼できるコンピューティング環境を実現できます。もう 1 つのホットスポットは Physical Unclonable Function (PUF) であり、トラステッドコンピューティングに物理的なセキュリティ機能を提供し、キーセキュリティストレージ、認証、ルートオブトラストなどの機能を実現し、モノのインターネット、ウェアラブルデバイス、 BYOD には優れた利点があります。

2.鍵管理

2.1 鍵の生成と使用

生成

キージェネレーターはキー (対称または非対称) を生成するために使用され、乱数ジェネレーターによって生成された乱数は、キージェネレーターがキーを生成するためのキー入力パラメーターとして使用されます。
TPM2_Create と TPM2_CreatePrimary は、テンプレートからすべての種類のキーを作成できます。

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使用

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2.2 キータイプ

移行可能なキー: ある TPM で生成されたキーを別の TPM に転送して使用できます

移行不可能なキー: 1 つの TPM で生成されたキーは、その TPM でのみ使用できます

キー名	効果	タイプ	移行プロパティ	生成タイミング	例証する
承認キー (EK)	1. TPM の ID は、通常、承認証明書と一緒に使用されます 2. ID 証明キー (AIK) を生成します 3. TPM 所有者の認証済みデータを復号化します 4. データの暗号化と署名は不要です	非対称鍵	移行不可能なキー	TPM生産時	それだけ
プラットフォーム ID 認証キー (AIK)	1. EK の代わりにプラットフォーム証明を提供します。 2. これは、TPM によって生成されたデータ (PCR 値など) に署名するために特別に使用されます。AIK によって署名されたすべてのエンティティは、それらが TPM 3 によって処理されたことを示します。対応する AIK 証明書があります。	非対称鍵	移行不可能なキー	EK は PCA (プライベート CA) によって生成されます。	各ユーザーは複数の AIK を持つことができます
ストレージルートキー (SRK)	データとその他の鍵を暗号化する	非対称鍵	移行不可能なキー	tpm オーナーのビルド時に生成されます	1. これは特別なストレージキーです 2. ストレージルートオブトラスト (RTS) とも呼ばれるすべてのユーザーデータを管理します 3. TPM は 1 つだけです
収納キー	1. データやその他の鍵を暗号化する 2. 署名には使用できない	非対称鍵	移行不可能なキー、移行可能なキー		他のキーを格納するためのキー
署名鍵	アプリケーションのデータと情報に署名する	非対称鍵	移行不可能なキー、移行可能なキー		1. 移行可能な署名キーは、非 TPM によって生成されたデータにのみ署名できます 2. 移行不可能な署名キーは、TPM 内で生成されたデータに署名できます
バインドキー	TPM の外部の任意のデータを暗号化して保護するために使用され、通常は少量の暗号化されたデータ (対称キーなど) を使用します。	非対称鍵	移行可能なキー		TPM 公開キーで暗号化されたデータは、TPM を使用してのみ復号化できます。つまり、情報は特定の TPM にバインドされます。
封印された鍵	作成されると、TPM は構成値とファイルハッシュのスナップショットを記録します。封印されたキーは、現在のシステム値がスナップショット値と一致する場合にのみ、封印を解除または解放できます。	非対称鍵			現在の状態と一致する場合にのみ、復号化された値を返します
派生キー	1. TPM の外部で生成される 2. 署名または暗号化に使用される 3. 使用される場合にのみ TPM に読み込まれる 4. プラットフォーム間でデータを転送する必要がある場合に使用される	非対称鍵	移行可能なキー
認証キー	TPM を含む伝送セッションの保護 (TPM 間の伝送や、通常の PC と TPM を搭載した信頼できるプラットフォームとの間のリモート通信など)	対称キー

2.3 安全な保管

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EK と SRK のみが TPM 内に永続的に保存されます
TPM スペースは限られており、一部のキーは暗号化された形式で外部に保存されます
外部キーを使用する場合、KCM (Key Cache Management Mechanism) はキーを TPM の保護領域に読み込みます。TPM は上位層のキーで復号化する必要があります。したがって、ツリー構造の深さは深すぎてはなりません。
チェーンキー構造にはストレージキーがあり、ユーザーパスワードに関連付けられています。ユーザーがパスワードを入力すると、そのサブストレージキーを読み込むことができますが、ユーザーの他のすべてのキーは非ストレージキーであり、サブストレージキーの下に格納されます。
サブストレージキーは、ユーザーの起動時にユーザーパスワードを介して読み込まれますが、サブストレージキーがチップに読み込まれると、他のキーを読み込むためにパスワードは必要なくなります。

3. 申請

3.1 データシーリング

シーリング: M を情報、K を対称キー、Vpcr を TPM の PCR Gpcr 値のセットとします。TPM の公開鍵と秘密鍵のペアは、Kpub と Kpri です。封印作業は、

M を K で暗号化して K{M} を得る
Vpcr と K を Kpub で暗号化して Kpub{Vpcr,K} を得る

M を取得する場合は、まず K を取得する必要があり、TPM は Kpri を使用して Kpub{Vpcr,K} を復号化する必要があります。この時点で、TPM は Gpcr の値が Vpcr と等しいかどうかをチェックします。等しい場合、TPM は K を提供します。それ以外の場合、K は提供されません。

たとえば、ユーザーは自分のコンピューターに自分のログを保持し、他のプログラムやコンピューターに読み取られることを望んでいません。この時点で封印キーを使用して封印操作を実行すると、コンピューター上の変更されていないログソフトウェアによってのみログを開くことができることが保証されます。

したがって、ログが別のコンピュータに送信された場合でも、ユーザーのログソフトウェアがウイルスによって改ざんされた場合でも、ログを復号化するためのキーを取得できません。

3.2BitLocker の復号化プロセス

これは、BitLocker の透過的な操作モードです。このモードでは、TPM ハードウェアを利用して透過的なユーザーエクスペリエンスを提供します。いわゆる透過性とは、システムディスクが暗号化され、スタートアップコンポーネントの変更が検出されない場合、ユーザーがコンピュータを意識することなく通常どおり使用でき、TPM ハードウェアによって提供されるキーを介して Windows に通常どおりログインできることを意味します。 .

セキュリティを強化するために、ユーザー認証モードと併用できます。

ユーザー認証モード: このモードでは、ユーザーは起動前環境での認証のために起動 PIN またはパスワードを提供する必要があります。

FVEK: VMK によって暗号化されてディスクに保存される、暗号化されたディレクトリのキーを表します。

VMK: FVEK を暗号化するためのキーで、SRK によって暗号化されてディスクに格納されます。

図に示されている起動シーケンスは、次のように説明されています。

BIOS が TPM を起動して初期化します。また、ファームウェア、ブートパーティション、およびブートローダーの機密コンテンツを測定し、結果を PCR グループに入れます。
PCR 値が期待値と一致する場合、TPM はストレージルートキー (SRK) を使用してボリュームマスターキー (VMK) を復号化します。
暗号化された FVEK をボリュームから読み取り、復号化された VMK を使用して復号化します。
ディスクセクタにアクセスする場合、復号化には FVEK が使用されます。
復号化されたデータをアプリケーションとプロセスに提供します

しかし、ハッカーが起動環境を変更したり、ハードディスクを別のマシンに置いたりすると、データを取得できなくなります。

材料

https://opensecuritytraining.info/IntroToTrustedComputing_files/Day2-2-data-storage.pdf
GitHub - leeehui/a-practical-guide-to-tpm2-book-cn: 「tpm2 の実用的なガイド」のメモを読む
tools_jianming21 のブログを使用した tpm2-tools-CSDN blog_tpm2_rsadecrypt -c key.ctx -o msg.ptext msg.enc
Bitlocker_LLLibra146 のブログの使用と原則 - CSDN blog_bitlocker の原則
トラステッドプラットフォームモジュール (TPM) の過去と現在_U.2 SSD ブログ - CSDN ブログ
TPMの概要_fgupupupのブログ - CSDNブログ_TPMの機能とは

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以前の記事のレビュー:

TPM キーの管理と使用