КОМПОНЕНТЫ
... Считаю самой приоритетной задачей для корпорации и ИТ-индустрии на предстоящие десять лет создание для пользователей защищенной информационной среды.
Билл Гейтс
Мы уже рассматривали на страницах нашего еженедельника инициативы некоммерческой международной организации Trusted Computing Group (TCG) по разработке и продвижению открытых спецификаций промышленного стандарта, определяющего доверенные модули, - Trusted Platform Мodule, TPM (см. PC Week/RE, N 12/2005, c. 27), а также практическое воплощение этих спецификации при реализации базового доверенного модуля (БДМ) "Мобильный клиент" (см. PC Week/RE, N 16/2005, с. 26).
Модуль TPM представляет собой микроконтроллер, выполненный в виде интегральной микросхемы, которую принято называть чипом безопасности. Микроконтроллер хранит ключи, пароли и цифровые сертификаты. Обычно он встроен в системную плату компьютера, а потенциально может быть использован в любом устройстве, так как его размер не превышает размера мелкой монеты. Реализация чипа гарантирует, что хранимая в нем информация надежно защищена как от физического взлома, так и от атак со стороны внешнего программного кода. Защитные механизмы платформ способствуют разработке и применению сервисов безопасности. Технологии безопасности, основанные на открытом ключе (PKI), такие, как ЭЦП и протоколы обмена ключами, защищаются посредством подсистем, реализованных по стандарту TCG. Доступ к данным и секретам платформы может быть запрещен, если параметры процесса загрузки ОС отклонятся от заданных значений. В силу этого критичные приложения и процессы, обеспечивающие защиту веб-доступа, электронной почты и локальных данных, при установке на доверенную платформу TCG становятся все более и более неуязвимыми.
Состав. Итак, чип безопасности представляет собой специализированную микросхему (см. рисунок) включающую:
- криптографический сопроцессор;
- связующую логику;
- специализированный интерфейс;
- генератор случайных чисел;
- логику защиты от атак по тактовой частоте;
- сенсоры: частоты, напряжения, температуры, освещения, импульсных помех.
Функции. В соответствии со спецификацией TPM чип должен выполнять, как минимум, следующий набор функций:
- хранение информации о статусе ОС;
- генерация и хранение закрытого ключа;
- хеширование (SHA-1) файлов;
- формирование ЭЦП;
- обеспечение цепочки доверия для ключей, сертификатов и других критичных данных.
Технология. Технологическими особенностями чипа безопасности являются:
- высокая степень интеграции элементов;
- энергонезависимая память;
- ППЗУ;
- скрытая структура ПЗУ.
Защитные механизмы. Использование новейших технологий производства ИС дает уверенность, что для взлома чипа хакеру потребуется очень дорогое оборудование и это ограничит число потенциальных нарушителей, понизит риски. Подделка такого высокотехнологичного чипа по сравнению с его взломом будет стоить еще дороже. В архитектуре чипа реализованы следующие механизмы:
- защищенное управление памятью;
- шифрование шины/памяти;
- тестирование режимов блокирования;
- активное экранирование.
Чтобы разобраться в системе встроенной детекции и получить результат ее срабатывания, взломщик должен исследовать хотя бы один чип. Например, активное экранирование означает, что чип может детектировать электрическое тестирование и в ответ предпринять необходимые меры вплоть до полного блокирования чипа. Большинство защитных механизмов связано с логикой работы чипа. В чип имплементированы алгоритмы асимметричной криптографии, обеспечивающие высокий уровень защиты. Некоторые элементы логического дизайна чипа являются нестандартными с точки зрения типовых методов проектирования интегральных схем (ИС). В частности, в чипе SLD 9630 TT компании Infineon вместо стандартного универсального процессора используется специализированный, обеспечивающий комплексную защиту. Применяются и специальные приемы проектирования ИС: "запутывание" топологии слоев ИС, усложняющее анализ функций элементов микросхемы, а также шифрование данных, хранящихся в памяти и передающихся по шинам. Всего этого нет в стандартном процессоре.
Ряд технологических особенностей чипов безопасности специально не разглашается компаниями-производителями, чтобы уменьшить вероятность взлома даже в том случае, когда для этого применяются современные методы анализа функционирования микросхем и дорогостоящее оборудование.
Чипы безопасности основных производителей. Рассмотрим особенности чипов безопасности различных поставщиков. Сравнительные характеристики чипов приведены в таблице.
Компания Infineon поставляет на рынок чип безопасности SLD 9630 TT, который представляет собой защищенный контроллер, включающий:
- защищенную перепрограммируемую память (EEPROM);
- аппаратный акселератор RSA криптоалгоритмов (вычисление ЭЦП, проверка ЭЦП, генерация ключей длиной до 2048 бит CRT);
- аппаратный акселератор хеш-функций (SHA-1, MD-5);
- генератор "правильных" случайных чисел;
- LPC-интерфейс, разработанный в соответствии со спецификацией Intel.
Чип характеризуется малой мощностью потребления, усовершенствованной защитой, в частности от SPA/DPA-атак, и легко интегрируется в известные PC-платформы.
ПО чипа безопасности SLD 9630 TT имеет ряд особенностей: встроенную защищенную ОС; программный стек TSS, созданный с учетом спецификации 1.1b комитета TCG; криптографический сервис-провайдер (CSP) спецификации TPM.
Дизайн и архитектура чипа отличаются следующими специфическими элементами и функциональными особенностями:
- нетиповой ЦП;
- применение скрытой топологии;
- ограниченный интерфейс;
- генератор случайных чисел;
- средства защиты от атак по питанию и тактовой частоте;
- защита управления памятью;
- шифрование данных, хранящихся в памяти и передающихся по шинам;
- блокирование режима тестирования.
В производстве чипа SLD 9630 TT используется передовая технология высокой степени интеграции, обеспечивающая изолированность ячеек ППЗУ и сокрытие структуры ПЗУ.
Чип SLD 9630 TT представляет собой специализированную ИС с заказными алгоритмами защиты, связующей логики и активным экранированием. Он содержит сенсоры частоты, напряжения, температуры, света, импульсных помех.
Подложка чипа имеет:
- экранирование слоев;
- неметаллический слой коммутации;
- плавкие перемычки;
- матричные ИС FPGA (перепрограммируемая пользователем вентильная матрица).
Чипы безопасности компании Infineon поставляются вместе с типовыми криптобиблиотеками MS CAPI и PKCS#11, обеспечивающими легкую интеграцию с функциями безопасности чипа существующих ОС и многих приложений.
Компания Atmel контролирует львиную долю рынка чипов безопасности: c 1998 г. объем проданных чипов AT97SC3201 (TPM 1.1) достиг 5 млн. шт. C конца 2004 г. эта фирма производит чип AT97SC3202, совместимый со спецификацией TPM 1.2.
Новая микросхема AT97SC3202 имеет электронную защиту, которая детектирует и предотвращает попытки чтения внутреннего содержимого чипа. Также чип содержит в себе металлические экранирующие слои над внутренними электрическими цепями; выполняет шифрование данных, передаваемых по внутренним шинам; имеет специальные процедуры для тестирования защиты; противодействует timing-атакам и атакам по электропитанию.
Чип поставляется вместе с драйверами для ОС Linux и Windows 98, 2000, XP. Новые возможности AT97SC3202 обеспечивают: транспортные сессии, функционирование часов реального времени, локализацию, сохранение и восстановление контекста, DAA-аттестацию (direct anonymous attestation), энергонезависимое хранение данных и механизм делегирования.
Сравнительная характеристика чипов безопасности
Транспортные сессии позволяют удостовериться, что чип AT97SC3202 выполняет определенные команды (шифрование, дешифрование, генерацию ключей и т.п.). Транспортные сессии могут быть полезны, например, для администратора безопасности ИТ-подразделения при отслеживании операций резервного копирования ключей или контроля ноутбука с точки зрения правильности конфигурации модуля TPM.
Встроенные в чип часы реального времени предназначены для подстановки текущей даты и времени в процедуру формирования ЭЦП. Данная возможность применима при электронном обмене коммерческими контрактами, финансовыми гарантиями, заказами и в других случаях, когда время является критичным параметром.
Локализация поддерживает расширенные защитные функции специализированных микропроцессоров и/или системных чипов.
Механизм сохранения и восстановления контекста обеспечивает поддержку многопоточных приложений. В TPM версии 1.1 нужно было завершить выполнение одной авторизационной сессии перед началом выполнения следующей. Управление контекстом позволяет привилегированным, критичным по времени процессам выгружать менее критичные и за счет этого повышать производительность.
Благодаря прямой анонимной аттестации (DAA) модуль TPM может создавать для Интернета идентификационные карты (Internet ID cards), аналогичные сертификатам, которые используются в механизмах ЭЦП. В настоящее время сертификаты могут быть заказаны третьей стороне, например компании Verisign. Данная функциональность обеспечивает защиту пользовательских данных.
Делегирование позволяет собственнику TPM получить выборочный доступ к другим объектам с целью выполнения модулем TPM специальных функций, требующих присутствия собственника, - например, при генерации идентификатора пользователя. Кроме того, механизм делегирования разрешает пользователям временно предоставлять третьей стороне возможность использования любых ключей или формирования ЭЦП.
В отличие от других производителей компания National Semiconductor предложила решение, объединяющее в одной СБИС контроллер ввода-вывода и чип безопасности. Данный подход не только устраняет необходимость решать задачу размещения чипа без внесения изменений в типовые системные платы компьютера, но и создает задел на будущее. Компания Intel, опираясь на новую технологию La Grande, обещает с помощью чипа безопасности обеспечить контроль типовых интерфейсов ввода-вывода. Такой контроль затруднит перехват ввода-вывода пользовательской информации через буфер клавиатуры, доступ к содержимому защищенной памяти через контроллер DMA и к USB-устройствам и соответственно повысит уровень защищенности конфиденциальных данных (паролей, ключей, идентификаторов, сообщений и документов).
Швейцарская компания STMicroelectronics выпускает чип безопасности ST19WP18, совместимый со спецификацией TPM 1.2. Технологически чип наследует семейству ST19W-чипов для смарт-карт. За II квартал 2005 г. компания продала производителям системных плат для компьютеров более 1 млн. чипов ST19WP18. В частности, Intel применяет чипы безопасности STMicroelectronics в платах D945GNTLKR, D945GTPLKR, D945GCZLKR.
Чип безопасности по существу играет роль надежного встроенного сейфа для хранения "ключей" от дверей, за которыми хранится конфиденциальная информация в десктопах, ноутбуках и PDA-устройствах. Появление подобных чипов - естественная реакция на слабость существующих методов хранения таких "ключей".
Неотделимость чипа безопасности от программно-аппаратной платформы обеспечивает возможность идентификации и аутентификации рабочих станций пользователей КПК и других устройств.
Наличие в чипе хеш-функции и функций ассиметричного криптопреобразования для поддержки ЭЦП позволяет контролировать целостность программно-аппаратной среды локальной рабочей станций, а также программно-аппаратных сред, входящих во взаимодействие с удаленными станциями и устройствами.
С Виталием Зориным, системным аналитиком ОАО "ЭЛВИС-ПЛЮС", канд. тех. наук, можно связаться по адресу: zorin@elvis.ru.
