[論文レビュー] SEDAT:Security Enhanced Device Attestation with TPM2.0

Avani Dave, Monty Wiseman+1 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2021

Security and Verification in Computing参考文献 20被引用数 6

ひとこと要約

SEDAT は、TPM2.0 を使用してハードウェア、ファームウェare、ソフトウェアの整合性をエンドツーエンドで検証できる画期的なリモートアテステーションフレームワークであり、リプレイおよびDoS攻撃を防止するためのシングルパケット認証（SPA）によって保護されている。これは、IMAおよびファームウェアイベントログの両方を、TCGが推奨するCanonical Event Log（CEL）形式でネイティブにサポートする最初の実装であり、証明書の検証と安全な通信チャネルを備えた完全なオープンソースで安全な検証者を提供する。

ABSTRACT

Remote attestation is one of the ways to verify the state of an untrusted device. Earlier research has attempted remote verification of a devices' state using hardware, software, or hybrid approaches. Majority of them have used Attestation Key as a hardware root of trust, which does not detect hardware modification or counterfeit issues. In addition, they do not have a secure communication channel between verifier and prover, which makes them susceptible to modern security attacks. This paper presents SEDAT, a novel methodology for remote attestation of the device via a security enhanced communication channel. SEDAT performs hardware, firmware, and software attestation. SEDAT enhances the communication protocol security between verifier and prover by using the Single Packet Authorization (SPA) technique, which provides replay and Denial of Service (DoS) protection. SEDAT provides a way for verifier to get on-demand device integrity and authenticity status via a secure channel. It also enables the verifier to detect counterfeit hardware, change in firmware, and software code on the device. SEDAT validates the manufacturers` root CA certificate, platform certificate, endorsement certificate (EK), and attributes certificates to perform platform hardware attestation. SEDAT is the first known tool that represents firmware, and Integrity Measurement Authority (IMA) event logs in the Canonical Event Logs (CEL) format (recommended by Trusted Computing Group). SEDAT is the first implementation, to the best of our knowledge, that showcases end to end hardware, firmware, and software remote attestation using Trusted Platform Module (TPM2.0) which is resilient to DoS and replay attacks. SEDAT is the first remote verifier that is capable of retrieving a TPM2.0 quote from prover and validate it after regeneration, using a software TPM2.0 quote check.

研究の動機と目的

• ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの整合性を同時に検証する、安全でエンドツーエンドのリモートアテステーションの欠如を解消すること。
• アテステーションキーに依存するがハードウェアの真正性を確認しない、および安全な通信チャネルが存在しないといった、既存のアテステーション方式における脆弱性を軽減すること。
• シングルパケット認証（SPA）を用いてリプレイおよびDoS攻撃に耐性を持つ、安全でオープンソースのリモート検証者を提供すること。
• TCGが推奨するように、ファームウェアおよびIMAイベントログを標準化されたCEL（Canonical Event Log）形式に変換・検証すること。
• TPM2.0標準との最大限の互換性を確保しつつ、最小限の仮定で、オンデマンドかつリアルタイムのデバイス整合性アテステーションを可能にすること。

提案手法

• TPM2.0のクォートメカニズムを活用し、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの各レイヤーにおけるプラットフォーム整合性測定を生成および検証する。
• リモート検証者とプローバー間の安全で認証された通信チャネルを確立するために、シングルパケット認証（SPA）を採用し、リプレイおよびDoS攻撃を防止する。
• ベンダが提供する証明書（ルートCA、エンドースメント（EK）、プラットフォーム、属性証明書）を検証することで、ハードウェアの真正性を保証する。
• ファームウェアおよびIMAイベントログを、相互運用性とTCGの推奨に準拠した標準化されたCEL（Canonical Event Log）形式に変換・検証する。
• ハードウェアアテステーションデバイスを必要とせず、ソフトウェアベースのクォートチェックモジュールを実装し、リモート検証者でTPM2.0クォートを検証する。
• 暗号基準に準拠したファームウェアイベントログの整列とユーザー空間へのアクセスを可能にするために、マージ済みのカーネルパッチを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにすれば、1つの統合フレームワーク内でハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアコンponentsの整合性と真正性を安全に検証できるか？
• RQ2 複雑な暗号的仮定に依存せずに、リモートアテステーションプロトコルにおけるリプレイおよびDoS攻撃を効果的に防止するメカニズムは何か？
• RQ3 既存のイベントログフォーマット（例：IMA、ファームウェアログ）を、TCGが推奨するCEL形式に標準化・検証できる範囲はどの程度か？
• RQ4 最小限の信頼仮定とTPM2.0標準との最大限の互換性を確保しつつ、完全なオープンソースのリモート検証者を構築できるか？
• RQ5 リモートアテステーションのループを閉じるために、ルート証明書およびEKを安全に1回限りの転送で検証者に送信する方法は何か？

主な発見

• SEDAT は、IMAおよびファームウェアイベントログの両方をCEL形式でネイティブに表現する最初の既知の実装であり、標準化と相互運用性を確保している。
• フレームワークは、リモート検証者とプローバー間の通信チャネルを保護するシングルパケット認証（SPA）の活用により、リプレイおよびDoS攻撃に成功して耐性を示した。
• ソフトウェアベースのクォートチェックモジュールを用いて、リモート検証者でTPM2.0クォートを検証することで、オンデマンドかつリアルタイムのデバイス整合性アテステーションが可能になった。
• システムは、プラットフォーム用ルートCA、エンドースメント、属性証明書の検証を含め、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアの完全なアテステーションをサポートしている。
• すべてのソースコード、ツール、カーネルパッチはBSD 2-Clause Licenseの下で公開されており、オープンな研究および展開を可能にしている。
• プロトタイプは、最小限の仮定でエンドツーエンドのアテステーションを実現しており、産業制御システムやサイバーフィジカルシステムに適していることが示された。