CN109639424B - 一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法及装置,首先将密码卡算法加载到Linux内核;然后修改QEMU源码,在虚拟机创建时,为每个虚拟机分别分配唯一口令,并关联相应虚拟机镜像唯一加密密钥;虚拟机发起写数据时,口令验证通过后,获取虚拟机镜像对应的加密密钥,调用密码卡算法使用加密密钥对数据进行加密后完成写操作。本发明实现硬件密码卡对虚拟机镜像加密,提高加密效率;实现不同虚拟机镜像采用不同密钥加密,使虚拟机具有更高的安全性;同时与云操作***松耦合,对镜像格式无限制,加密更加灵活和高效。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟机加密领域,具体涉及一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法及装置。
背景技术
云计算环境下用户虚拟机存在数据保护问题,容易受到“离线攻击”,也就是攻击者在***关机状态下可以物理接触到磁盘或者其他存储介质。另外,在一个单位内部,不同职位的人有不同的职责和权限,***处于启动状态时的使用者是工作人员A,而***关机后,会存放在另外的位置,而工作人员B能够接触到该***的硬件。如果没有保护措施,那么B就可以轻易地越权获得***中有关A的内容。除此之外,虚拟机镜像无论在静止还是运行状态都有被窃取、篡改、未授权访问和配置不当而无法正常启动等脆弱漏洞。
传统的解决方案是在任何时刻都对虚拟机镜像(Image)进行加密或对虚拟机镜像存储的文件***进行文件***加密,但这些方案又会导致性能问题,同时,存在镜像格式限制、与云操作***紧耦合、密钥单一等缺陷。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法及装置,本发明基于硬件加密卡实现,与云操作***松耦合,对镜像格式无限制,实现虚拟机镜像一机一密的加密方式。
本发明的技术方案是:一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,包括以下步骤:
S11:将密码卡算法加载到Linux内核;
S12:修改QEMU源码,在虚拟机创建时,为每个虚拟机分别分配唯一口令,并关联相应虚拟机镜像唯一加密密钥;
S13:虚拟机发起写数据时,获取并验证虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取虚拟机镜像对应的加密密钥,调用密码卡算法使用加密密钥对数据进行加密后完成写操作。
进一步地,所述步骤S13,具体包括:
S13-1:虚拟机的IO设备驱动发出IO请求;
S13-2:KVM模块截获IO请求,并将IO请求放置到内存IO共享页,同时通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求;
S13-3:QEMU模拟进程模块从内存IO共享页获取IO请求信息,并根据IO请求信息获取并验证相应虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法使用加密密钥对数据进行加密,之后调用物理IO设备完成写操作。
进一步地,所述步骤S13还包括:
S13-4:写操作完成后,QEMU模拟进程模块将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取返回值;
S13-5:KVM模块从内存IO共享页读取返回值,并转交给虚拟机IO设备驱动。
进一步地,
步骤S13-2中,KVM模块通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求后,自动退出KVM模块,进入QEMU状态。
进一步地,
步骤S13-3中,QEMU模拟进程模块通过Linux内核中的物理硬件驱动来调用物理IO设备完成写操作。
进一步地,
步骤S11中,通过dm-crypt机制将密码卡算法加载到Linux内核。
进一步地,
步骤S13中,通过cryptsetup工具调用密码卡算法使用加密密钥对写数据进行加密。
本发明还提供一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密装置,包括:
虚拟机的IO设备驱动:用于发出IO请求;
KVM模块:用于截获IO请求,并将IO请求放置到内存IO共享页,同时通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求;
QEMU模拟进程模块:用于从内存IO共享页获取IO请求信息,并根据IO请求信息获取并验证相应虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法根据加密密钥对写数据进行加密,之后调用物理IO设备完成写操作;
密码管理器:用于把密码卡算法加载到Linux内核,实现QEMU模拟进程模块对密码卡算法的调用。
进一步地,
QEMU模拟进程模块还用于在写操作完成后,将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取返回值;
KVM模块还用于从内存IO共享页读取返回值,并转交给虚拟机IO设备驱动。
进一步地,还包括:
物理硬件驱动:用于QEMU模拟进程模块调用物理IO设备完成写操作。
本发明提供的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法及装置,将密码卡算法加载到Linux内核,实现硬件密码卡对虚拟机镜像加密,提高加密效率;通过修改QEMU源码,在虚拟机创建时,为每个虚拟机分别分配唯一口令,并关联相应虚拟机镜像唯一加密密钥,实现不同虚拟机镜像采用不同密钥加密,即一机一密的加密方式,使虚拟机具有更高的安全性。同时本发明的加密方法,与云操作***松耦合,对镜像格式无限制,加密更加灵活和高效。
附图说明
图1是本发明具体实施例方法流程示意图。
图2是本发明具体实施例装置结构示意框图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述,以下实施例是对本发明的解释,而本发明并不局限于以下实施方式。
Linux宿主机上创建并运行QEMU-KVM虚拟机时,虚拟机内部IO操作会触发宿主机IO驱动读写物理存储设备。该过程中,IO信息以明文传输,并明文存储到物理设备上,存在数据窃取、篡改风险。
本发明首先借助dm-crypt机制,将密码卡算法加载到Linux内核,保证用户态程序可以借助cryptsetup工具成功调用密码卡算法;然后,修改QEMU源码,当虚拟机创建时,为该虚拟机分配唯一口令,并关联虚拟机镜像唯一加密密钥,配置虚拟机镜像存储位置。虚拟机启动后,当发起写数据时,获取虚拟机对应的口令,间接获取该虚拟机对应的对称加密密钥,对IO数据进行加密后存储。
如图1所示,本实施例提供的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,具体包括以下步骤:
S11:将密码卡算法加载到Linux内核;
需要说明的是,通过dm-crypt机制将密码卡算法加载到Linux内核。
S12:修改QEMU源码,在虚拟机创建时,为每个虚拟机分别分配唯一口令,并关联相应虚拟机镜像唯一加密密钥;
需要说明的是,为每个虚拟机分配的唯一口令和关联的虚拟机镜像加密密钥,可存储到特定位置,以便后续调用。
S13:虚拟机发起写数据时,获取并验证虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,通过虚拟机口令获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法根据加密密钥对数据进行加密后完成写操作。
完成写操作的具体流程为:
(1)虚拟机启动后,进入KVM模块,当虚拟机进行IO操作访问设备时,会引起虚拟机IO设备驱动发起IO请求,KVM模块会截获这次请求,并将这次请求存放到内存IO共享页,同时通知虚拟机QEMU模拟进程模块(对于宿主机而言,是一个用户空间进程QEMU-KVM)来处理本次请求,之后自动退出KVM,进入QEMU状态。
(2)QEMU模拟进程模块从内存IO共享页中获取本次IO操作的具体信息后,交由硬件模拟代码来执行本次IO操作。首先获取IO请求信息获取并验证虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取对应虚拟机镜像加密密钥,然后调用密码卡根据加密密钥对数据进行加密,再通过Linux内核里的物理硬件驱动调用物理IO设备完成IO写操作,并将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取。
(3)重新进入KVM模块,由KVM模块从内存IO共享页读取处理结果,并转交给虚拟机上的IO设备驱动。
如图2所示,本实施例还提供一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密装置,该装置包括:
虚拟机的IO设备驱动:用于发出IO请求;
KVM模块:用于截获IO请求,并将IO请求放置到内存IO共享页,同时通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求;
QEMU模拟进程模块:用于从内存IO共享页获取IO请求信息,并根据IO请求信息获取并验证相应虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法根据加密密钥对写数据进行加密,之后调用物理IO设备完成写操作;;
密码管理器:用于将密码卡算法加载到Linux内核,实现QEMU模拟进程模块对密码卡算法的调用;
物理硬件驱动:用于QEMU模拟进程模块调用物理IO设备完成写操作。
其中QEMU模拟进程模块还用于在写操作完成后,将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取返回值;KVM模块还用于从内存IO共享页读取返回值,并转交给虚拟机IO设备驱动。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式,但本发明并非局限于此,任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化,以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰,都应落在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,其特征在于,包括以下步骤:
S11:将密码卡算法加载到Linux内核;
S12:修改QEMU源码,在虚拟机创建时,为每个虚拟机分别分配唯一口令,并关联相应虚拟机镜像唯一加密密钥;
S13:虚拟机发起写数据时,获取并验证虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取虚拟机镜像对应的加密密钥,调用密码卡算法使用加密密钥对数据进行加密后完成写操作;
其中,所述步骤S13,具体包括:
S13-1:虚拟机的IO设备驱动发出IO请求;
S13-2:KVM模块截获IO请求,并将IO请求放置到内存IO共享页,同时通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求;
S13-3:QEMU模拟进程模块从内存IO共享页获取IO请求信息,并根据IO请求信息获取并验证相应虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法使用加密密钥对数据进行加密,之后调用物理IO设备完成写操作;
S13-4:写操作完成后,QEMU模拟进程模块将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取返回值;
S13-5:KVM模块从内存IO共享页读取返回值,并转交给虚拟机IO设备驱动。
2.根据权利要求1所述的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,其特征在于,
步骤S13-2中,KVM模块通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求后,自动退出KVM模块,进入QEMU状态。
3.根据权利要求1所述的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,其特征在于,
步骤S13-3中,QEMU模拟进程模块通过Linux内核中的物理硬件驱动来调用物理IO设备完成写操作。
4.根据权利要求1所述的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,其特征在于,
步骤S11中,通过dm-crypt机制将密码卡算法加载到Linux内核。
5.根据权利要求4所述的基于不同密钥的虚拟机镜像加密方法,其特征在于,
步骤S13中,通过cryptsetup工具调用密码卡算法使用加密密钥对写数据进行加密。
6.一种基于不同密钥的虚拟机镜像加密装置,其特征在于,包括:
虚拟机的IO设备驱动:用于发出IO请求;
KVM模块:用于截获IO请求,并将IO请求放置到内存IO共享页,同时通知QEMU模拟进程模块来处理本次IO请求,还用于从内存IO共享页读取返回值,并转交给虚拟机IO设备驱动;
QEMU模拟进程模块:用于从内存IO共享页获取IO请求信息,并根据IO请求信息获取并验证相应虚拟机口令,虚拟机口令验证通过后,根据虚拟机口令获取对应虚拟机镜像加密密钥,调用密码卡算法根据加密密钥对写数据进行加密,之后调用物理IO设备完成写操作,还用于在写操作完成后,将返回值放回内存IO共享页,并通知KVM模块读取返回值;
密码管理器:用于把密码卡算法加载到Linux内核,实现QEMU模拟进程模块对密码卡算法的调用;
物理硬件驱动:用于QEMU模拟进程模块调用物理IO设备完成写操作。
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