復(fù)雜的hypervisor軟件有助于運(yùn)行云計(jì)算機(jī)，但驗(yàn)證其安全性通常被認(rèn)為幾乎是不可能的?，F(xiàn)在哥倫比亞大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家已經(jīng)開(kāi)發(fā)出他們所說(shuō)的第一個(gè)可以保證安全云計(jì)算的管理程序。

每當(dāng)您在Amazon購(gòu)買(mǎi)商品時(shí)，您的客戶(hù)數(shù)據(jù)都會(huì)自動(dòng)更新并存儲(chǔ)在云中的數(shù)千個(gè)虛擬機(jī)上。對(duì)于像Amazon這樣的企業(yè)，確保其數(shù)百萬(wàn)客戶(hù)數(shù)據(jù)的安全性是至關(guān)重要的。大型和小型組織均是如此。但是到目前為止，還沒(méi)有辦法保證軟件系統(tǒng)不受錯(cuò)誤，黑客和漏洞的影響。

哥倫比亞大學(xué)的工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家、發(fā)表這項(xiàng)研究工作的合著者Ronghui Gu表示，希望為系統(tǒng)軟件驗(yàn)證的未來(lái)創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)，從而開(kāi)發(fā)出新一代的彈性網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)軟件。

從理論上講，科學(xué)家可以正式驗(yàn)證軟件，從數(shù)學(xué)上證明其代碼“在100%的情況下保護(hù)數(shù)據(jù)安全”，顧說(shuō)。然而，大多數(shù)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的hypervisor通常比商業(yè)上的hypervisor簡(jiǎn)單得多，因?yàn)樗鼈兪菍?zhuān)門(mén)為驗(yàn)證而設(shè)計(jì)的，而不是實(shí)際應(yīng)用程序。相比之下，現(xiàn)代的商業(yè)hypervisor是一個(gè)龐大的軟件，通常包括一個(gè)完整的操作系統(tǒng)內(nèi)核，這使得驗(yàn)證它們看起來(lái)是一項(xiàng)無(wú)法克服的任務(wù)。

例如，用CertiKOS hypervisor驗(yàn)證6500行代碼需要3個(gè)人年，用seL4 hypervisor驗(yàn)證9000行代碼需要10個(gè)人年，這兩個(gè)都是為驗(yàn)證而設(shè)計(jì)的。相比之下，廣泛使用的KVM開(kāi)源hypervisor（與Linux集成的全功能多處理器系統(tǒng)）擁有超過(guò)200萬(wàn)行代碼。

現(xiàn)在哥倫比亞大學(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種驗(yàn)證商業(yè)級(jí)虛擬機(jī)監(jiān)控程序的方法。他們使用新技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為SeKVM的KVM安全版本，他們認(rèn)為這是第一個(gè)經(jīng)過(guò)正式驗(yàn)證的商用級(jí)hypervisor。

研究人員將他們的新技術(shù)稱(chēng)為微驗(yàn)證，它減少了驗(yàn)證虛擬機(jī)監(jiān)控程序所需的工作量。它將hypervisor分解為一個(gè)小的核心和一組不受信任的服務(wù)，然后通過(guò)單獨(dú)驗(yàn)證核心來(lái)證明hypervisor的安全性。該內(nèi)核沒(méi)有可供黑客攻擊的漏洞，并且該內(nèi)核協(xié)調(diào)管理程序與虛擬機(jī)的所有交互，因此即使黑客攻擊破壞了一個(gè)虛擬機(jī)，也不會(huì)危害其他虛擬機(jī)。

基于微驗(yàn)證，科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了名為MicroV的軟件來(lái)驗(yàn)證大型商用級(jí)多處理器虛擬機(jī)監(jiān)控程序。在MicroV的幫助下，他們?yōu)镾eKVM開(kāi)發(fā)了一個(gè)只有3800行代碼的安全內(nèi)核，并在兩年的時(shí)間里進(jìn)行了驗(yàn)證。

當(dāng)涉及到實(shí)際的應(yīng)用程序工作負(fù)載時(shí)，SeKVM的性能與未修改的KVM類(lèi)似，在KVM專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)用于運(yùn)行的本機(jī)硬件上最多只產(chǎn)生不到10%的性能開(kāi)銷(xiāo)。同時(shí)，SeKVM支持KVM的廣泛特性。

“SeKVM只是一些微小的變化，”研究合著者Jason Nieh說(shuō)，他是哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的計(jì)算機(jī)科學(xué)家。它的性能類(lèi)似于常規(guī)KVM，繼承了常規(guī)KVM的功能，但除此之外，它還提供了常規(guī)KVM所沒(méi)有的安全保證?！?/p>

未來(lái)，“我們將繼續(xù)探索這種網(wǎng)絡(luò)彈性系統(tǒng)軟件的概念，并在各個(gè)領(lǐng)域建立安全保障，從銀行系統(tǒng)和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到自動(dòng)車(chē)輛和加密貨幣，”Gu說(shuō)，“SeKVM將為未來(lái)的系統(tǒng)驗(yàn)證創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)，并引領(lǐng)新一代的網(wǎng)絡(luò)彈性系統(tǒng)軟件。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)安全日益受到關(guān)注的世界里，這種彈性需求很高。”

科學(xué)家們?cè)?021年5月26日舉行的第42屆IEEE安全與隱私研討會(huì)上發(fā)表的一篇新論文中詳細(xì)介紹了他們的發(fā)現(xiàn)。

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