科技云報(bào)道原創(chuàng)。

眾所周知，數(shù)據(jù)安全的三大支柱分別是：保護(hù)靜態(tài)數(shù)據(jù)、傳輸中數(shù)據(jù)和使用中數(shù)據(jù)。其中，靜態(tài)加密和傳輸中的數(shù)據(jù)加密，大家都很熟悉。

但是隨著企業(yè)業(yè)務(wù)上云，面臨的最大挑戰(zhàn)之一，就是如何保護(hù)使用中的數(shù)據(jù)，即在保持敏感數(shù)據(jù)的同時(shí)，還能保持?jǐn)?shù)據(jù)的私有狀態(tài)。

之所以保護(hù)使用中的數(shù)據(jù)特別困難，原因在于應(yīng)用程序需要明文數(shù)據(jù)（未經(jīng)加密或其他方式保護(hù)的數(shù)據(jù)）才能進(jìn)行計(jì)算，這意味著惡意軟件可以轉(zhuǎn)存內(nèi)存中的內(nèi)容以竊取信息。如果數(shù)據(jù)在內(nèi)存中被泄露，服務(wù)器硬盤(pán)上的數(shù)據(jù)加密就變得不再重要。

正因如此，機(jī)密計(jì)算（Confidential Computing）的概念誕生了。2019年，機(jī)密計(jì)算首次被Gartner列入《2019年云安全技術(shù)成熟度曲線(xiàn)報(bào)告》。2020年，機(jī)密計(jì)算仍是Gartner云安全成熟度曲線(xiàn)上的33中技術(shù)之一。

機(jī)密計(jì)算的應(yīng)用場(chǎng)景

機(jī)密計(jì)算的原理在于，使用基于硬件的技術(shù)將數(shù)據(jù)、特定功能或整個(gè)應(yīng)用程序與操作系統(tǒng)、虛擬機(jī)管理程序或虛擬機(jī)管理器以及其他特權(quán)進(jìn)程隔離開(kāi)來(lái)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在可信執(zhí)行環(huán)境(TEE)中，即使借助調(diào)試器，也無(wú)法從外部查看數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)執(zhí)行的操作。TEE確保只有授權(quán)的代碼才能訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)。如果代碼被更改或被篡改，TEE將拒絕操作。

機(jī)密計(jì)算旨在保護(hù)敏感的代碼和數(shù)據(jù)，可以解決區(qū)塊鏈、秘鑰管理、金融、AI、多方計(jì)算、數(shù)據(jù)租賃、邊緣計(jì)算等諸多應(yīng)用場(chǎng)景中“信任”難題，例如：

多個(gè)不互信組織之間的數(shù)據(jù)融合與聯(lián)合分析區(qū)塊鏈上的智能合約的機(jī)密性保護(hù)公有云平臺(tái)對(duì)攻擊的防御、高敏感信息的安全保護(hù)保護(hù)AI模型等核心機(jī)密數(shù)據(jù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)云邊端三位一體相互通信的安全以及隱秘性在Enclave中保護(hù)支付、交易的安全性

此外，機(jī)密計(jì)算還可以帶來(lái)與安全無(wú)關(guān)的好處，如：圖像處理應(yīng)用程序可以將文件存儲(chǔ)在TEE中，而不是將視頻流發(fā)送到云端，因而節(jié)省帶寬并縮短延遲。該應(yīng)用程序甚至可以在處理器層面劃分這類(lèi)任務(wù)，主CPU負(fù)責(zé)大部分處理，但依靠網(wǎng)卡上的TEE處理敏感計(jì)算。

雖然從理論上來(lái)講機(jī)密計(jì)算大有用處，但它并非立即可用。Gartner預(yù)計(jì)需要等5年至10年，它才會(huì)普遍使用。

科技巨頭入局機(jī)密計(jì)算

作為一種前瞻性的安全技術(shù)，目前全球的科技巨頭都已紛紛入局，大力探索和推廣機(jī)密計(jì)算技術(shù)。

微軟Azure

2017年，微軟宣布推出名為“機(jī)密計(jì)算”的Azure云平臺(tái)的新功能。該功能允許在Azure上運(yùn)行的應(yīng)用程序時(shí)，在靜態(tài)、傳輸中和內(nèi)存計(jì)算時(shí)都能保持?jǐn)?shù)據(jù)加密。

在實(shí)現(xiàn)方式上，微軟的機(jī)密計(jì)算有兩種模式：一種是基于虛擬機(jī)，另一種則使用英特爾推出的Skylake-SP Xeon處理器中的SGX（“軟件防護(hù)擴(kuò)展”）功能。

虛擬機(jī)模式，使用Windows 10和Windows Server 2016中引入的Hyper-V的虛擬安全模式（VSM）功能。

使用VSM，應(yīng)用程序的大部分部分將在常規(guī)操作系統(tǒng)的普通虛擬機(jī)中運(yùn)行。受保護(hù)的TEE部件將在單獨(dú)的虛擬機(jī)中運(yùn)行，該虛擬機(jī)僅包含基本存根操作系統(tǒng)（足以與常規(guī)VM通信）以及只需要處理敏感數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序代碼的那些部分。

即使應(yīng)用程序受到攻擊并且攻擊者可以訪(fǎng)問(wèn)主虛擬機(jī)，VSM TEE中的數(shù)據(jù)將無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)，因?yàn)镠yper-V使虛擬機(jī)彼此分開(kāi)。攻擊者必須妥協(xié)Hyper-V本身才能突破這種隔離。

SGX模式，使用處理器功能在常規(guī)流程中切出TEE，而不需要虛擬機(jī)。處理器本身將對(duì)來(lái)自存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密，使得數(shù)據(jù)僅在處理器本身內(nèi)被解密。

有了這種模式，Hyper-V的安全性并不重要。應(yīng)用程序唯一需要信任的，是處理器及其實(shí)施的SGX。有了SGX，沒(méi)人可以看到TEE中的數(shù)據(jù)。

阿里云

在國(guó)內(nèi)，阿里云是亞太區(qū)第一個(gè)推出基于SGX（（Software Guard Extensions ）加密計(jì)算的云服務(wù)商。2017年，阿里云與英特爾聯(lián)合發(fā)布了基于芯片級(jí)的SGX加密計(jì)算技術(shù)，保障云上客戶(hù)數(shù)據(jù)安全。

基于Intel SGX加密計(jì)算技術(shù)，阿里云為云上客戶(hù)提供了系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的可信能力。云上開(kāi)發(fā)者可以利用SGX技術(shù)提供的可信執(zhí)行環(huán)境，將內(nèi)存中的關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)保護(hù)起來(lái)。

即使具備更高特權(quán)的系統(tǒng)組件包括BIOS、虛擬化底層、操作系統(tǒng)內(nèi)核，以及高特權(quán)進(jìn)程也都無(wú)法獲得關(guān)鍵代碼和數(shù)據(jù)，讓客戶(hù)可以擺脫對(duì)云平臺(tái)的依賴(lài)，通過(guò)擁有云上的可信執(zhí)行環(huán)境，防止數(shù)據(jù)被竊取或被篡改。

2018年，基于SGX技術(shù)，阿里云又推出了基于SGX技術(shù)的區(qū)塊鏈服務(wù)平臺(tái)；2019年的云棲大會(huì)，阿里云智能也與阿里云數(shù)據(jù)庫(kù)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合發(fā)布了全加密數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品。

谷歌云

在今年的Google Cloud Next '20大會(huì)上，谷歌云（Google Cloud）也推出了一款基于機(jī)密計(jì)算的安全產(chǎn)品——“可保密虛擬機(jī)”(Confidential VMs)。這種新型的虛擬機(jī)可以利用谷歌的加密計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)和內(nèi)存內(nèi)數(shù)據(jù)的保密。

根據(jù)谷歌云的介紹，機(jī)密虛擬機(jī)建立在第二代AMD芯片EPYC處理器上，通過(guò)較低的計(jì)算能力為客戶(hù)加密數(shù)據(jù)以完成機(jī)密計(jì)算，客戶(hù)能夠以加密的方式在谷歌云上運(yùn)行其工作負(fù)載。

谷歌云方面表示，機(jī)密虛擬機(jī)的安全級(jí)別非常高，可以解鎖新的計(jì)算方案。這些機(jī)密虛擬機(jī)與真正用在加密和基于N2D高性能虛擬機(jī)相同，都是基于AMD EPYC安全加密虛擬化（SEV），該技術(shù)可以在保持其性能的同時(shí)，對(duì)虛擬機(jī)內(nèi)存進(jìn)行加密，利用AMD安全處理器生成密鑰，從而鎖定虛擬機(jī)內(nèi)存，不僅限制了公司數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)，還限制了主機(jī)上運(yùn)行虛擬機(jī)的訪(fǎng)問(wèn)。

此外，機(jī)密虛擬機(jī)將與谷歌的安全強(qiáng)化型虛擬機(jī)結(jié)合，為客戶(hù)提供額外的機(jī)密影像。這為客戶(hù)將工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到谷歌云上提供了更多的動(dòng)力支撐。

機(jī)密計(jì)算聯(lián)盟CCC

2019年8月，在Linux基金會(huì)下啟動(dòng)成立了機(jī)密計(jì)算聯(lián)盟（CCC），旨在為機(jī)密計(jì)算定義標(biāo)準(zhǔn)，并支持開(kāi)源工具的開(kāi)發(fā)和采用。成員包括阿里巴巴、AMD、Arm、Facebook、Fortanix、谷歌、華為、IBM、英特爾、微軟、Oracle、瑞士電信、騰訊和VMware等巨頭。

目前，機(jī)密計(jì)算聯(lián)盟支持少數(shù)幾個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，包括英特爾GX SDK for Linux、微軟的Open Enclave SDK和Red Hat的Enarx。

但并非項(xiàng)目得到該聯(lián)盟的認(rèn)可，才可以被認(rèn)為是機(jī)密計(jì)算，比如：谷歌的Asylo與Enarx很相似，微軟Azure的機(jī)密計(jì)算服務(wù)同時(shí)支持英特爾SGX和微軟的虛擬安全模式，都可以被納入機(jī)密計(jì)算的范疇。

盡管機(jī)密計(jì)算的出現(xiàn)可能促使更多的企業(yè)使用云計(jì)算、區(qū)塊鏈等服務(wù)，但值得注意的是，機(jī)密計(jì)算在應(yīng)用方面仍然處于起步階段，例如：機(jī)密計(jì)算底層依賴(lài)的TEE技術(shù)，帶來(lái)了額外的功能限制和兼容問(wèn)題，這使得機(jī)密計(jì)算的開(kāi)發(fā)者面臨應(yīng)用開(kāi)發(fā)難等障礙。

機(jī)密計(jì)算技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中將如何落地，是否真的能有效保護(hù)數(shù)據(jù)安全，還有待進(jìn)一步觀察。

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