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隱語——數據要素流通技術MOOC三期 課程筆記——星綻機密計算遠程證明服務

課程地址：https://www.secretflow.org.cn/community/bootcamp/2narwgw4ub8r...

一、課程核心框架

  1. 需求分析：數據要素流通的信任痛點
  2. 核心原理：遠程證明的技術本質與信任鏈構建
  3. 標準與實現：ITS框架與星綻方案落地
  4. 實踐案例：跨域管控的數據安全流通
  5. 未來展望：跨雲統一證明與密算網絡

二、引言：數據流通的信任核心問題

1. 數據的價值與安全矛盾

  • 數據是數字經濟核心生產要素，安全流通是價值釋放的關鍵
  • 數據跨實體傳遞時脱離原控制範圍，需解決"可用不可見"的安全保障

2. 機密計算與遠程證明的協同作用

技術 核心功能 定位
機密計算 創建可信執行環境（TEE），硬件隔離保護數據 提供數據安全使用保障
遠程證明 驗證連接對象是否為真實可信環境 確認保障的真實性
  • 協同目標：實現"模糊信任→可驗證信任"的轉變

三、遠程證明核心原理

1. 信任的起點：硬件根信任

  • 信任基石：CPU/TPM中的熔斷密鑰（芯片出廠預置，不可導出）
  • 信任鏈構建：通過權威機構（CA）的數字簽名背書，形成"芯片固件→TEE→應用程序"的完整驗證鏈條

2. 遠程證明核心流程與角色

（1）核心角色

  • 驗證方：遠程證明服務器
  • T節點：具備可信執行環境的硬件（如SGX、TPM、TDX等）
  • CA服務：權威認證機構，驗證證書鏈有效性

（2）執行步驟

  1. 驗證方向T節點發送隨機制串（LUNS）
  2. T節點生成度量環境報告，提交至可信硬件獲取簽名（Code）
  3. T節點將報告發送至驗證方
  4. 驗證方調用CA驗證證書鏈有效性，提取公鑰驗證報告簽名
  5. 確認T節點為可信環境後完成授權

3. 分層架構模型

層級 核心功能 關鍵標準/組件
硬件層 生成原始度量報告 TPM、可信硬件芯片
協議層 定義標準化報告格式 ITS（國際標準框架）
雲端服務層 報告處理與驗證 遠程證明服務器
應用層 消費驗證結果，決策權限控制 SDK、業務系統

四、標準框架：ITS（International Trusted Computing）

1. 核心目標

  • 打破技術隔閡，實現不同廠商TEE（Intel、AMD、華為等）的互操作
  • 統一驗證流程，整合零散方法為通用框架
  • 為設備頒發"可信身份證"，解決"設備身份認證"問題

2. 三大核心角色

角色 英文標識 核心職責
證明者 Attester 在待驗證設備上生成硬件級不可篡改報告（Report）
驗證者 Verifier 驗證報告真實性，簽發標準化"健康證書"（EAT令牌）
業務系統 Relying Party 基於EAT令牌決策是否執行敏感操作

3. 落地基礎設施要求

  • 機密計算：提供安全可靠的TEE執行環境
  • 信任底座：硬件級可信根（如TPM），保障信任鏈起點的可靠性

五、星綻方案實現：機密計算與遠程證明服務

1. 星綻機密計算整體架構

  • 自主研發數據保護方案，具備獨立知識產權
  • 核心價值：彌補國產CPU安全短板，降低使用成本，支持大規模複雜數據流轉

  • 三層架構：

    1. 安全底座：底層安全虛擬化
    2. 安全操作系統：TE操作系統（自研）
    3. 可信技術設施：雲原生TEE能力提供層

2. 可信技術設施關鍵特性

  • 雲原生管理：結合機密虛擬機/容器，通過K8s統一管理TEE應用生命週期
  • 信任鏈延伸：TE操作系統度量應用啓動過程，將信任鏈從平台層擴展至應用層

  • 核心服務雙支柱：

    服務名稱 核心功能
    遠程證明服務 驗證TEE應用可信度，頒發可信身份
    密鑰管理服務 基於可信身份執行密鑰授權策略，僅授權應用可獲取密鑰

3. 信任鏈全流程實現（從硬件到應用）

  1. TPM硬件可信根為起點，操作系統啓動時將組件度量值寫入TPM的PCR寄存器
  2. 加載驅動模塊與虛擬化組件（Hypervisor），度量值同步寫入PCR
  3. Hypervisor啓動後降級為非特權模式，作為機密虛擬機可信根，構建虛擬機啓動鏈（內核、迷你行組件）
  4. 系統分區通過Device Mapper加密保護，根哈希由內核迷你行保障
  5. 應用容器啓動時，通過MA機制完成完整性度量、審計與安全評估
  6. 容器通過遠程證明驗證平台可信度，信任鏈最終傳遞至應用層

六、星綻遠程證明服務設計

1. 架構分層（微服務架構）

層級 核心設計與功能
核心層 動態插件化設計，兼容多TEE（HyperGlyph、Intel TDX、未來支持GPU認證），支持新增TEE插件
服務層 1. 基線策略管理：管理主機/平台/應用的認證基線，支持多版本；
2. 身份管理：細粒度權限控制、審計追蹤，統一EAT ID標識；
3. 身份簽發：基於硬件衍生密鑰簽發Token；
4. 可信審計：記錄運行日誌與度量結果
接口層 提供基線註冊、審計日誌查詢接口，支持組織/平台/應用三類證明者角色

2. 應用可信身份獲取與驗證流程

（1）身份獲取步驟

  1. 應用A啓動，通過Attesting Agent代理髮起平台身份請求（採集平台度量值）
  2. 遠程證明服務器驗證平台報告，頒發JWT令牌（含公鑰，由服務器報告擔保防中間人攻擊）
  3. Attesting Agent緩存公鑰，發起應用身份請求（報告含平台+應用度量值，平台報告擔保應用報告）
  4. 服務器驗證雙報告與基線比對，頒發應用級JWT令牌，返回至應用A

（2）跨應用身份驗證

  1. 應用A將業務數據+JWT令牌發送至應用B
  2. 應用B通過自身Attesting Agent調用驗證接口，利用緩存的平台公鑰驗證JWT簽名合法性
  3. 驗證通過則執行敏感操作，失敗則拒絕訪問（抵禦仿冒身份攻擊）

七、實踐案例：跨域管控的數據安全流通

1. 核心目標

  • 確保密算平台環境可驗證，數據/密鑰在流通中全程受保護
  • 抵禦管理員及高特權軟件的惡意攻擊

2. 關鍵實現路徑

  1. 硬件保障：可信硬件（TPM）保障平台可信啓動
  2. 環境隔離：TEE保護數據計算過程的完整性與機密性
  3. 身份驗證：遠程證明服務驗證平台/應用可信身份

  4. 加密傳輸：

    • 用户通過遠程認證報告驗證數字信封公鑰合法性
    • 對稱密鑰加密數據，公鑰加密對稱密鑰，傳輸至密算平台
    • 平台用私鑰解密對稱密鑰，最終解密數據並處理

八、未來展望：跨雲統一證明與密算網絡

1. 現存挑戰

  • 多雲環境存在"信任孤島"：各雲平台安全策略、信任體系獨立
  • 密算資源稀缺、成本高、使用門檻高

2. 解決方案：跨雲統一證明框架

  • 標準化協議與抽象中間層：實現不同TEE架構的協議翻譯
  • 監管支持：區塊鏈存證技術確保運行記錄/驗證結果不可篡改，提供實時監管接口
  • 核心價值：打破廠商適配壁壘（如醫院跨機構獲取數據無需單獨適配）

3. 終極目標：密算天空計算網絡

  • 低成本轉化：將各類計算資源轉化為密算節點
  • 統一信任：通過跨雲統一證明實現節點間互信、互聯、互通
  • 價值釋放：工作負載跨雲協作與平滑遷移，數據像自來水一樣"即開即用"

九、核心術語與關鍵技術

術語 英文全稱 核心定義
TEE Trusted Execution Environment 可信執行環境，硬件隔離的安全區域，保障數據"可用不可見"
TPM Trusted Platform Module 可信平台模塊，存儲熔斷密鑰與度量值（PCR），信任鏈起點
PCR Platform Configuration Register 平台配置寄存器，記錄啓動組件與運行環境的度量值
Hypervisor - 虛擬化管理程序，星綻方案中作為機密虛擬機的可信根
EAT Entity Attestation Token 實體證明令牌，ITS框架下的標準化"健康證書"
JWT JSON Web Token 用於應用身份傳遞的無證書令牌，通過硬件衍生密鑰簽名
Attesting Agent - 證明代理，負責採集度量值、轉發身份請求與驗證結果
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