云计算中虚拟机安全性分析

许 伟，宫立圆

（莱芜职业技术学院 山东 莱芜 271100）

1 云环境中的安全问题

服务器、存储、网络和其他计算资源都是虚拟化系统的形式提供，这些资源是通过Internet访问的，通过网络访问云资源主要有三种形式：云提供程序的管理命令，虚拟机的管理命令，以及使用网络服务的虚拟机之间的交互[1]。

2 云计算基础设施的安全威胁

在VCCI上运行虚拟机的客户端应用程序不直接与物理硬件打交道，VM是通过虚拟机管理器进行管理，而虚拟机管理器在物理基础设施中运行。VMM或hypervisor是允许多个虚拟机在物理机器上运行的软件层。有两种管理程序：类型1直接在HW上运行。类型2在主机操作系统上运行[2]。

攻击者可以利用安全漏洞攻击VCCI的任何组件，这些组件可能对其他组件造成影响。我们分析了VCCI上的攻击和VMMS的弱点，通过安全技术将VMM、主机操作系统和物理硬件进行隔离。

从图中可看出，攻击者可以通过虚拟机监控程序的主要漏洞进行攻击。VM跳转：这种攻击造成拒绝服务，这使得用户无法获得资源。VM转义：这个漏洞允许一个级别的VM攻击它的主机。VM迁移：在VCCI下，VM可以从一个物理主机移动到另一个物理主机，称为VM迁移[3]。

3 VCCI安全技术

使用虚拟化技术，几个虚拟机可以在同一个物理平台上运行。VM是由基于内核的软件进行管理的，即VMM或hypervisor，这是VCCI的主要组件。由于软件的缺点，VMMS会受到攻击者内部或外部的安全攻击。为了确保VCCI的安全性，必须通过EKM、ACMS、IDTS、VTPM、VFS和TVDS等强大的安全技术来保护VMM。下面我们论述了CCI虚拟化技术、VCCI的攻击类型、VMMS的弱点，以及VCCI重要安全技术。

3.1 加密密钥管理(EKM)

加密密钥管理(EKM)是常用的加密方法包括对称和非对称算法。在这种方法中，保护数据不被泄露是云客户和CSP的共同责任。常用的强加密技术是服务级别协议(SLAS)[4]。保护客户端机密数据有三个不同阶段：（1）静态数据加密（2）传输数据的加密（3）备份媒体上的数据的加密，防止其丢失或被盗。

3.2 访问控制机制(ACMS)

ACMS通过安全策略，来限制对VCCI的访问、拒绝、限制。在VCCI中，常见的ACMS包括强制访问控制(MAC)、任意访问控制(DAC)和基于角色的访问控制(RBAC)。所有这些技术都被称为基于身份认证技术，而资源对象是由唯一的名称标识的。认证可以直接完成，也可以通过分配授权角色来完成[5]。ACMS保证了资源的完整性和机密性。

3.3 虚拟可信平台模块(VTPM)

它是基于证书链，将虚拟TPM与物理TPM连接起来，以提供功能，并使其可用于平台上运行的所有VM。VTPMS位于系统管理程序的特定层中。VTPM实例是由VTPM管理器创建的，VTPM是在一个特定的VM中构建的，并且可以通过管理程序来调用它自己的VTPM[6]。

每个VM都有其相关的VTPM实例，该实例模拟TPM功能，通过管理签名密钥和证书，将信任链从物理TPM扩展到每个VTPM。VTPM有自己的虚拟支持密钥和虚拟存储根密钥。在多租户VCCI中，VTPM的系统虚拟化了一个物理TPM，在一个硬件平台上由多个VM使用。

3.4 虚拟防火墙(VF)

它是一个在虚拟环境中运行的防火墙服务，提供了包过滤和监视服务[7]。VFS可以在Hypervisor模式和bride模式下执行。为了保护VM和VMM，必须在VMM中实现对虚拟机驻留的VFS，因为它负责检测恶意VM活动。这些VFS需要对物理主机Hypervisor内核进行修改，以允许VF系统访问VM信息模块，并对虚拟网络进行直接访问，以及VM之间的通信。VF可以使用相同hook执行所有的防火墙功能，比如包检查、删除和转发，但都不涉及虚拟网络。与桥式VFS相比，Hypervisor模式下的速度更快，因为它们没有在VFS中执行包检查，而是以本机硬件的速度在内核中执行。

3.5 可信虚拟域(TVDS)

它是VCCI的安全技术，将物理机器上运行的相关VM分组到一个统一的安全策略的单个网络域中。在安全策略下，TVDS的多个实例共存于单个平台上。TVD提供了强大的隔离措施，因为要加入TVD，VM应该满足安全策略的要求，所以恶意的VM不能影响云环境中信任用户的VM。[8]VM用标签来识别分配的特定的客户，并且允许相同的标签VM在同一个TVD中运行，他们必须符合安全策略并且不存在安全漏洞[8]。

4 结语

云计算面临着许多安全挑战，很难实现安全的终结。根据上面的分析，我们可以看到，每个客户端都有一个或多个虚拟机，VMM是VCCI攻击的主要目标。为了实现安全的VMM，我们分析了几种不同的VCCI安全技术。然而，安全必须应用等不同层次的资源存储、网络和应用程序通过考虑到资源管理问题。我们未来的工作将会调查基于资源效率和云计算提供商成本的VCCI的新模型和技术。

[1] Telecommunication Systems，Services， and Applications (TSSA)， India， October,2012,88-91.

[2]陈鹏福.云计算平台的虚拟安全[J].集成技术，2012(4)：33-40.

[3]王于丁，杨家海.云计算访问控制技术研究综述[J].软件学报2015，26(5)：1129-1150.

[4]程芳权，彭智永.可信云存储环境下支持访问控制的密钥管理[J].计算机研究与发展，2013(8)，1613-1626.

[5]闰世杰，陈永刚.云计算中虚拟机计算环境安全防护方案[J].通信学报，2015(11)：102-107.

[6]黄婕.云服务中虚拟机与虚拟可信平台模块数据迁移的研究[J].计算机应用与软件，2014(7)，330-334.

[7]洪军，黄志英.虚拟防火墙在云计算环境中的应用研究[J].计算机与网络，2017(15)：70-72.

[8]王丽娜，张浩.基于VPE的可信虚拟域构建机制[J].通信学报，2013(12)：167-176.