可信计算

可信计算的概念由来已久，此处罗列几个时间点！

信息安全标准的演变：

1985年美国国家安全局提出TCSEC标准，又被称为橘皮书，里面第一次提到了TCB（可信基）的概念。
1987年，NSA又提出了用于可信网络连接方面的TNI标准，被称为红皮书，至此彩虹系列的安全标准应运而生。
1991年欧洲四国（英、法、德、荷兰）联合提出ITSEC标准。
1993年，美国提出本国的FC标准。同年加拿大提出自己的CTCPEC标准。
1996年，欧洲四国和美、加进行六国会议，共同提出CC标准1.0版。
1998年，CC标准2.0版提出。
1999年，成立了可信计算平台联盟TCPA。
2003年，由AMD、惠普、IBM、Intel和微软等企业共同成立了可信计算组织TCG，取代了TCPA。

可信计算的核心是TPM芯片，既通过物理防护和密码算法，借助杂凑值度量的手段完成可信验证和信任传递。

可信计算围绕TPM芯片，有三个信任根，既RTR、RTS和RTM。

信任根可以简单理解为借助TPM芯片完成若干功能的代码片段。其中，RTR是可信报告根、RTS是可信存储根、RTM是可信度量根。

EK证书

EK证书又叫背书证书，一般是由TPM生产商创造或者植入TPM的，有时也可以由平台的生产商发布。

一个TPM一生只能有一个EK证书，EK证书是TPM芯片的唯一标识。

平台证书

平台证书可以证明一个平台中有一个唯一的TPM芯片，且该芯片永久的与一个信任根息息相关。该证书一般由平台生产商发布和制定，包含了一些与EK相关的信息、厂商的平台模块信息以及平台的安全配置信息。

一般在平台证书中包含了EK证书。

AIK证书

AIK证书由PrivateCA签发，PrivateCA又叫PCA，也可以叫做ACA（AttestationCA）。AIK证书主要是证明TPM中已经生成了相关的AIK密钥，且已经与对应的EK进行了绑定，以及在AIK注册签发过程中的步骤是否规范。

其中AIK只能用于签名，不可用去加解密，而且只能用于TPM内部信息的签名使用，这是为了防止攻击者进行AIK破解。

AIK注册过程

1、平台要求TPM生成AIK密钥对

平台或者平台的应用程序向TSS（可信软件栈）发送CollateIdentityRequest命令，TSS向TPM发送MakeIdentity命令，随后TPM生成新的AIK公私钥对。
随着MakeIdentity函数，TPM生成IDENTITY_CONTENTS结构，包括{结构版本，TPM命令序列，PCA的签名标记，AIK的公钥信息}
TPM用AIK私钥签名IDENTITY_CONTENTS结构信息，作为注册过程中的identityBinding信息（身份绑定信息）。
TPM在MakeIdentity接口中输出两个参数，一个是AIK公钥信息，另一个是identityBinding信息。

2、TSS生成包括AIK的证据数据

TSS通过以下的步骤生成了AIK注册请求中需要的证据结构IDENTITY_PROOF。（1）第一个就是identityBinding信息，identityBinding不用加密，他只是用来证明AIK私钥已经存储在TPM中，而且已经被EK证明了，无其他实际意义。（2）TPM的版本说明（3）AIK的公钥（4）IdentityLabel（5）EK证书（6）平台证书。
TSS通过TPM接口生成一个对称密钥K1，使用K1加密IDENTITY_PROOF结构数据。
TSS使用PCA（或者ACA）的公钥加密K1，这个K1只是向PCA或者ACA解密公开，发送至PCA的其实是密文k1。

3、平台向ACA或者PCA发送AIK证书签发请求。
平台或者平台应用程序携带着IDENTITY_REQ结果，加密请求数据并发送给ACA。

4、ACA验证签发请求。

ACA首先使用自身的私钥解密K1密文，得到对称密钥k1信息。
ACA然后使用K1解密IDENTITY_PROOF结构。
ACA重新创建IDENTITY_CONTENTS结构，并验证identityBinding结构的正确性。同时也可以验证整个IDENTITY_PROOF结构。

5、ACA生成一个新的AIK证书。
ACA可以使用收到的AIK公钥生成新的AIK证书。使用自己的AIK签名密钥来签发AIK证书。

6、ACA加密AIK证书
ACA依靠TPM来加密AIK证书。使用接口TPM_ActivateIdentity命令，TPM输入一个TPM_EK_BLOB或者ASYM_CA_CONTENTS结构。

ACA生成对称密钥k2，一个AIK对应唯一的k2。
ACA使用k2加密AIK证书。
ACA创建一个TPM_EK_BLOB结构，包括一下内容：（1）AIK公钥的哈希值（2）k2（3）附带PCR信息，供TPM来检查确保TPM的pcr寄存器的装饰是否正确。
ACA使用EK公钥加密TPM_EK_BLOB结构的数据。确保只有对应的TPM才能收到ACA签发的AIK证书。

7、ACA将加密的TPM_EK_BLOB结构数据和加密后的AIK证书发送至TPM平台。

8、平台收到之后使用TPM解密AIK证书
向TPM发送Tspi_TPM_ActivateIdentity命令来解密TPM_EK_BLOB结构。取出k2，然后解密AIK证书。

AIK挑战和证明

1、一个挑战者的请求，包括若干的PCR寄存器值以及其他相关信息，比如TPM版本信息等，还包括挑战者需要平台返回的临时随机信息。由挑战者发送至被待证明的平台。

该请求可以用Req(PCR列表S_pcr，是否需要TPM版本信息的开关标识，临时信息N_value)。

2、平台或者应用程序收到相关请求，由TSS调用TPM_Quote或者TPM_Quote2命令，TPM得到命令后，使用AIK私钥对S_pcr指向的寄存器列表值，TPM版本信息以及N_value信息进行签名，返回SG_tpm值、S_pcr指向的寄存器的值列表，以及TPM的版本信息。

3、TSS受到TPM的接口返回，收集相关信息，将TPM版本信息、SG_tpm值、详细度量记录日志和证书（包括平台证书、一致性证书以及AIK证书）一起发送给挑战者。

4、挑战者从PCA处验证证书信息，然后使用AIK证书将TPM版本信息，和从度量日志中重新计算出来的各个PCR寄存器的值，进行二次签名，并于SG_tpm签名做比对，从而得出此次证明挑战是否完成。

DAA直接匿名证明

在TPM1.2版本中，取消了上面的注册以及证明的流程，使用DAA直接匿名证明，也就是零知识证明。

原因：

1、从上述注册流程中可知，TPM每生成一个AIK密钥对，都需要PCA或者ACA给签发一个AIK证书，当AIK密钥对需求量较大时，势必会对PCA平台的稳定性和可用性造成影响。

2、PCA平台存在上帝视角，当挑战者发起挑战时，需要跟PCA发起请求来验证TPM平台的真伪，PCA中存在这所有的EK证书和AIK证书的对应关系，也就是TPM芯片与AIK证书的关系。存在一定程序的信息泄露风险。

DAA方法描述：

在DAA方法中，存在join和sign/verify等几种协议。

TPM平台使用EK与DAA的Issuer发行方进行交互，交互之后TPM芯片中就同时存在DAA证书、EK证书以及生成的AIK证书等。

当挑战者A向TPM平台发起证明挑战，平台方将DAA签名的AIK_A信息发送给A，A即可验证当前信息是否来自有效的TPM平台，但A并不知晓来自哪个TPM平台。

当挑战者B向TPM平台发起证明挑战，平台方将DAA签名的AIK_B信息发送给B，B即可验证当前信息是否来自有效的TPM平台，但B也并不知晓来自哪个TPM平台。

在DAA证明中，一方面减少了与DAA发行方的交互，另一方面保障了TPM的隐匿，DAA的实现需要借助群签名和离散对数来完成，具体实现在TPM中。

JOIN过程：

DAA Issuer生成公钥IKey以及对应的私钥。
TPM平台收到IKey。
TPM内部生成DAA私钥privDK，并使用EK对自己进行标识，并将相关信息传递给发行方Issuer。
DAA发行方验证之后，向TPM方返回CertDK。此时TPM内部拥有privDK和certDK。使用privDK和certDK签名的消息，就可以用IKey证书来验证。

sign/verify过程：

TPM生成AIK密钥对。
TPM用privDK和certDK对AIK公钥进行签名。
挑战者verifier从DAA发行方获得IKey证书后确定AIK私钥在一个TPM中，就可以确定TPM平台是否正确。

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可信计算中的身份鉴别和证明-EK、AIK和DAA