CN106127056A - 一种国产bmc芯片可信固件的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，所述方法在BMC固件的引导层、内核层、中间件和软件层加入可信功能模块，在BMC上电启动过程中对内核程序、应用程序和BIOS关键代码进行完整性度量，确保程序的完整性，从而建立起***平台的可信执行环境。本发明方法在BMC启动运行过程中对各个功能组件进行完整性的度量，确保程序的完整性和没有被植入恶意代码，建立起BMC启动过程的完整信任链，保证了***平台执行环境的可信，从而有助于提高国产BMC芯片的核心竞争力。

Description

一种国产BMC芯片可信固件的设计方法
技术领域
本发明涉及可信服务器可信平台控制模块技术领域，具体涉及一种国产BMC芯片可信固件的设计方法。
背景技术
BMC是基板管理控制器，目前已广泛应用于服务器领域。利用虚拟的键盘、界面、鼠标、电源等为服务器提供远程管理功能。用户利用BMC监视服务器的物理特征，如各部件的温度、电压、风扇工作状态、电源供应以及机箱入侵等。BMC作为服务器中相对独立的管理控制单元本身存在着安全风险，例如被植入恶意代码，此外用户在使用BMC对服务器进行远程管理时，可能因安全配置不当，如未使用专用网络、采用弱身份认证、密码复杂度低等不安全操作，造成运行过程中的安全风险。
随着我国信息技术的发展和芯片制造工艺水平的提高，我国已具备研发、制造国产BMC芯片的能力。国产BMC芯片虽然实现了国产化并且自主可控，但是在应用过程中并不能保证安全和可信，有可能受到固件程序的篡改和完整性破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明针对以上问题，提供一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，在国产BMC芯片的固件程序中加入可信功能模块，对BMC固件进行加固，在BMC启动运行过程中对各个功能组件进行完整性的度量，确保程序的完整性和没有被植入恶意代码，建立起BMC启动过程的完整信任链，保证了***平台执行环境的可信，从而有助于提高国产BMC芯片的核心竞争力。
本发明所采用的技术方案为：
一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，所述方法在BMC固件的引导层、内核层、中间件和软件层加入可信功能模块，在BMC上电启动过程中对内核程序、应用程序和BIOS关键代码进行完整性度量，确保程序的完整性，从而建立起***平台的可信执行环境。
BMC芯片的固件程序存储于BMC芯片的非易失性存储区，如Flash中，在BMC上电启动的过程中，固件程序首先由Flash区加载到执行速度较快的SDRAM区，然后开始执行。
所述引导层是BMC固件的 U-boot启动代码，U-boot是BMC上电启动时第一段运行的代码，在U-boot中加入的可信功能模块有度量程序、SM3软算法和度量值存储接口，其中：
a、度量程序：BMC启动时度量程序调用SM3软算法对BMC的Linux内核（Kernel）进行度量；
b、SM3软算法：用C程序实现的国密SM3密码杂凑算法，该算法对输入数据进行擦凑运算，生成一个256位的杂凑值；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash。
所述内核层Kernel层是经过裁剪的ARM Linux内核，为实现可信计算功能，需要加入IO驱动，所述IO驱动包括实现LPC、SPI、IIC的接口功能，完成硬件接口时序和配置相关的寄存器，使BMC和外部模块正常通信，其中：
a、LPC接口驱动：实现BMC芯片与外部TCM可信密码模块的通信接口，使BMC通过LPC接口可以访问TCM模块；
b、SPI接口驱动：实现BMC芯片与外部BIOS芯片的通信接口，使BMC通过SPI接口可以读取BIOS的Boot Block代码；
c、IIC接口驱动：实现BMC芯片与外部CPLD芯片的通信接口，使BMC通过IIC接口向CPLD发送命令，控制主板的上电时序。
线性预测编码(linear predictive coding，LPC)是一种非常重要的编码方法。SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写。SPI，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间。IIC 即Inter-Integrated Circuit(集成电路总线)，主要是用来连接整体电路(ICS)，是一种多向控制总线，也就是说多个芯片可以连接到同一总线结构下，同时每个芯片都可以作为实时数据传输的控制源，这种方式简化了信号传输总线接口。
所述中间件位于内核层和软件层之间，提供度量程序、软算法、度量值存储接口、可信代理程序BMC控制CPLD的命令接口、各种可信功能API，其中：
a、度量程序：调用国产SM3软算法度量BMC的应用程序；
b、软算法：通过C程序以软算法的形式实现国密SM2、SM3、SM4算法，供软件层调用，实现对重要数据的加解密、数字签名等；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash；
d、可信代理程序：对外部的TCM可信密码模块进行调度，对BIOS Boot Block进行度量；
e、BMC控制CPLD的命令接口：BMC通过CPLD控制主板的上电时序，即BMC上电时先不给主板的CPU进行加电，当BMC的各模块进行度量确保可信后再通过CPLD控制CPU上电，从而确保运行过程中程序的完整性；
f、可信功能API：包括可信功能开启API、基准值API、度量值API、日志API、特权码API和配置接口，用于为BMC Web界面提供调用接口，实现可信功能。
所述软件层包括BMC Web应用和BMC的应用程序，其中在BMC Web页面中通过调用中间层的API接口实现可信状态的呈现，包括：可信功能的开启、基准值管理、日志呈现、特权启动、白名单管理，其中：
a、可信功能开启模块：该模块通过调用中间件的功能开启API，实现在BMC的Web界面中手动配置可信功能的开启或关闭操作；
b、基准值管理模块：该模块通过调用中间件的基准值API，实现在BMC Web界面中对基准值的读写、更新操作；
c、度量值管理模块：该模块通过调用中间件的度量值API，实现在BMC Web界面中对度量值的读写操作；
d、日志管理模块：该模块通过调用中间件的日志API，实现在BMC Web界面中呈现BMC启动过程中的各模块度量日志；
e、特权启动功能模块：该模块通过调用中间件的特权码API，当BMC启动过程中出现模块不可信的状态时，在BMC Web界面中使用户通过输入特权码进行***的启动，并提示用户***进入了不可信的工作状态；
f、白名单模块：该模块通过调用中间件的配置接口，在BMC Web界面中配置白名单，即白名单中的程序、文件列表都是可信的。
本发明的有益效果为：
本发明方法在BMC启动运行过程中对各个功能组件进行完整性的度量，确保程序的完整性和没有被植入恶意代码，建立起BMC启动过程的完整信任链，保证了***平台执行环境的可信，从而有助于提高国产BMC芯片的核心竞争力。
附图说明
图1为本发明方法操作流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，根据具体实施方式对本发明进一步说明：
实施例1：
如图1所示，一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，所述方法在BMC固件的引导层、内核层、中间件和软件层加入可信功能模块，在BMC上电启动过程中对内核程序、应用程序和BIOS关键代码进行完整性度量，确保程序的完整性，从而建立起***平台的可信执行环境。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例所述引导层是BMC固件的 U-boot启动代码，U-boot是BMC上电启动时第一段运行的代码，在U-boot中加入的可信功能模块有度量程序、SM3软算法和度量值存储接口，其中：
a、度量程序：BMC启动时度量程序调用SM3软算法对BMC的Linux内核（Kernel）进行度量；
b、SM3软算法：用C程序实现的国密SM3密码杂凑算法，该算法对输入数据进行擦凑运算，生成一个256位的杂凑值；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash。
BMC启动时U-boot的度量程序调用SM3软算法对BMC Linux Kernel进行度量，得到的度量值与基准值1进行比较，从而对Linux Kernel进行完整性判断，当度量值与基准值1一致时表示Kernel完整，可以进行Kernel的加载；当度量值与基准值1不一致时表示Kernel不完整，受到了破坏已不完整，此时需要进入BMC的Web管理界面进行异常处理步骤的操作。
基准值的确定：BMC第一次上电启动时的度量值作为基准值，即BMC首次启动度量Linux Kernel（内核）程序的度量值作为基准值1，中间件首次度量BMC应用程序的度量值作为基准值2，中间件的可信代理程序首次度量BIOS Boot Block的度量值作为基准值3。基准值1、2、3存储于BMC的非易失存储单元Flash中，是可信任的。
实施例3
在实施例2的基础上，本实施例所述内核层Kernel层是经过裁剪的ARM Linux内核，为实现可信计算功能，需要加入IO驱动，所述IO驱动包括实现LPC、SPI、IIC的接口功能，完成硬件接口时序和配置相关的寄存器，使BMC和外部模块正常通信,其中：
a、LPC接口驱动：实现BMC芯片与外部TCM可信密码模块的通信接口，使BMC通过LPC接口可以访问TCM模块；
b、SPI接口驱动：实现BMC芯片与外部BIOS芯片的通信接口，使BMC通过SPI接口可以读取BIOS的Boot Block代码；
c、IIC接口驱动：实现BMC芯片与外部CPLD芯片的通信接口，使BMC通过IIC接口向CPLD发送命令，控制主板的上电时序。
实施例4
在实施例3的基础上，本实施例所述中间件位于内核层和软件层之间，提供度量程序、软算法、度量值存储接口、可信代理程序BMC控制CPLD的命令接口、各种可信功能API，其中：
a、度量程序：调用国产SM3软算法度量BMC的应用程序进行度量，得到度量值；之后进行可信状态的判断，即度量值与存储在Flash中的基准值2进行比对，当度量值与基准值2一致时表示应用程序的完整性未受到破坏，是可信的；当度量值与基准值2比对不一致时说明应用程序的完整性受到了破坏，此时需要进入到BMC的Web管理界面进行异常处理步骤的操作；
b、软算法：通过C程序以软算法的形式实现国密SM2、SM3、SM4算法，供软件层调用，实现对重要数据的加解密、数字签名等；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash；
d、可信代理程序：对外部的TCM可信密码模块进行调度，对BIOS Boot Block进行度量，得到度量值；之后进行BIOS可信状态的判断，即度量值与存储在Flash中的基准值3进行比对，当度量值与基准值3一致时表示BIOS的完整性未受到破坏，是可信的；当度量值与基准值3比对不一致时说明BIOS的完整性受到了破坏，此时需要进入到BMC的Web管理界面进行异常处理步骤的操作；
e、BMC控制CPLD的命令接口：该模块是BMC通过CPLD控制主板上电时序的逻辑代码，BMC通过CPLD控制主板的上电时序，即BMC上电时先不给主板的CPU进行加电，当BMC的各模块进行度量确保可信后再通过CPLD控制CPU上电，从而确保运行过程中程序的完整性；
f、可信功能API：包括可信功能开启API、基准值API、度量值API、日志API、特权码API和配置接口，用于为BMC Web界面提供调用接口，实现可信功能。
实施例5
在实施例4的基础上，本实施例所述软件层包括BMC Web应用和BMC的应用程序，其中在BMC Web页面中通过调用中间层的API接口实现可信状态的呈现，包括：可信功能的开启、基准值管理、日志呈现、特权启动、白名单管理等，其中：
a、可信功能开启模块：该模块通过调用中间件的功能开启API，实现在BMC的Web界面中手动配置可信功能的开启或关闭操作；
b、基准值管理模块：该模块通过调用中间件的基准值API，实现在BMC Web界面中对基准值的读写、更新操作；
c、度量值管理模块：该模块通过调用中间件的度量值API，实现在BMC Web界面中对度量值的读写操作；
d、日志管理模块：该模块通过调用中间件的日志API，实现在BMC Web界面中呈现BMC启动过程中的各模块度量日志；
e、特权启动功能模块：该模块通过调用中间件的特权码API，当BMC启动过程中出现模块不可信的状态时，在BMC Web界面中使用户通过输入特权码进行***的启动，并提示用户***进入了不可信的工作状态；
f、白名单模块：该模块通过调用中间件的配置接口，在BMC Web界面中配置白名单，即白名单中的程序、文件列表都是可信的。
实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，其特征在于：所述方法在BMC固件的引导层、内核层、中间件和软件层加入可信功能模块，在BMC上电启动过程中对内核程序、应用程序和BIOS关键代码进行完整性度量，确保程序的完整性，从而建立起***平台的可信执行环境。
2.根据权利要求1所述的一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，其特征在于：所述引导层是BMC固件的 U-boot启动代码，U-boot是BMC上电启动时第一段运行的代码，在U-boot中加入的可信功能模块有度量程序、SM3软算法和度量值存储接口，其中：
a、度量程序：BMC启动时度量程序调用SM3软算法对BMC的Linux内核进行度量；
b、SM3软算法：用C程序实现的国密SM3密码杂凑算法，该算法对输入数据进行擦凑运算，生成一个256位的杂凑值；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash。
3.根据权利要求2所述的一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，其特征在于：所述内核层是经过裁剪的ARM Linux内核，为实现可信计算功能，需要加入IO驱动，所述IO驱动包括实现LPC、SPI、IIC的接口功能，完成硬件接口时序和配置相关的寄存器，使BMC和外部模块正常通信，其中：
a、LPC接口驱动：实现BMC芯片与外部TCM可信密码模块的通信接口，使BMC通过LPC接口可以访问TCM模块；
b、SPI接口驱动：实现BMC芯片与外部BIOS芯片的通信接口，使BMC通过SPI接口可以读取BIOS的Boot Block代码；
c、IIC接口驱动：实现BMC芯片与外部CPLD芯片的通信接口，使BMC通过IIC接口向CPLD发送命令，控制主板的上电时序。
4.根据权利要求3所述的一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，其特征在于：所述中间件位于内核层和软件层之间，提供度量程序、软算法、度量值存储接口、可信代理程序BMC控制CPLD的命令接口、各种可信功能API，其中：
a、度量程序：调用国产SM3软算法度量BMC的应用程序；
b、软算法：通过C程序以软算法的形式实现国密SM2、SM3、SM4算法，供软件层调用，实现对重要数据的加解密、数字签名等；
c、度量值存储接口：把度量值保存到BMC的安全存储空间，如Flash；
d、可信代理程序：对外部的TCM可信密码模块进行调度，对BIOS Boot Block进行度量；
e、BMC控制CPLD的命令接口：BMC通过CPLD控制主板的上电时序，BMC上电时先不给主板的CPU进行加电，当BMC的各模块进行度量确保可信后再通过CPLD控制CPU上电，从而确保运行过程中程序的完整性；
f、可信功能API：包括可信功能开启API、基准值API、度量值API、日志API、特权码API和配置接口，用于为BMC Web界面提供调用接口，实现可信功能。
5.根据权利要求4所述的一种国产BMC芯片可信固件的设计方法，其特征在于：所述软件层包括BMC Web应用和BMC的应用程序，其中在BMC Web页面中通过调用中间层的API接口实现可信状态的呈现，包括：可信功能的开启、基准值管理、日志呈现、特权启动、白名单管理，其中：
a、可信功能开启模块：该模块通过调用中间件的功能开启API，实现在BMC的Web界面中手动配置可信功能的开启或关闭操作；
b、基准值管理模块：该模块通过调用中间件的基准值API，实现在BMC Web界面中对基准值的读写、更新操作；
c、度量值管理模块：该模块通过调用中间件的度量值API，实现在BMC Web界面中对度量值的读写操作；
d、日志管理模块：该模块通过调用中间件的日志API，实现在BMC Web界面中呈现BMC启动过程中的各模块度量日志；
e、特权启动功能模块：该模块通过调用中间件的特权码API，当BMC启动过程中出现模块不可信的状态时，在BMC Web界面中使用户通过输入特权码进行***的启动，并提示用户***进入了不可信的工作状态；
f、白名单模块：该模块通过调用中间件的配置接口，在BMC Web界面中配置白名单，即白名单中的程序、文件列表都是可信的。
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