[논문 리뷰] SEDAT:Security Enhanced Device Attestation with TPM2.0

Avani Dave, Monty Wiseman외 1명|arXiv (Cornell University)|2021. 01. 16.

Security and Verification in Computing참고 문헌 20인용 수 6

한 줄 요약

SEDAT는 TPM2.0를 사용하여 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 무결성을 종단 간 검증할 수 있는 새로운 원격 인증 프레임워크입니다. 단일 패킷 인증(SPA)을 통해 재생 공격 및 DoS 공격에 저항하도록 보호됩니다. IMA 및 펌웨어 이벤트 로그 모두에 대해 원칙적으로 Canonical Event Logs(CEL)를 지원하는 최초의 구현이며, 인증서 검증 및 안전한 통신 채널을 제공하는 완전한 오픈소스 보증자(Verifier)를 제공합니다.

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.

연구 동기 및 목표

• 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 무결성을 동시에 검증하는 보안적인 종단 간 원격 인증의 부재를 해결하기 위해.
• 기존 인증 체계의 취약점을 완화하기 위해, 하드웨어 진위성 검증 없이 인증 키에 의존하고, 안전한 통신 채널이 없는 문제를 해결하기 위해.
• 단일 패킷 인증(SPA)을 사용하여 재생 및 DoS 공격에 저항하는 보안적인 오픈소스 원격 보증자(Verifier)를 제공하기 위해.
• TCG가 권장하는 대로 펌웨어 및 IMA 이벤트 로그를 표준화된 Canonical Event Log(CEL) 형식으로 정의하고 검증하기 위해.
• 최소한의 가정과 TPM2.0 표준과의 최대 호환성을 갖춘, 요구 시 실시간으로 작동하는 장치 무결성 인증을 가능하게 하기 위해.

제안 방법

• TPM2.0의 quote 메커니즘을 사용하여 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 계층의 플랫폼 무결성 측정치를 생성하고 검증합니다.
• 원격 보증자와 증명자 간에 안전하고 인증된 통신 채널을 구축하기 위해 단일 패킷 인증(SPA)을 사용하여 재생 및 DoS 공격을 방지합니다.
• 제조사가 제공한 인증서(루트 CA, 엔드오르멘트(EK), 플랫폼, 속성 인증서 포함)를 검증하여 하드웨어의 진위성을 확보합니다.
• 펌웨어 및 IMA 이벤트 로그를 TCG 권장 사항에 따라 표준화된 CEL(정의된 이벤트 로그) 형식으로 변환하고 검증하여 상호운용성과 규정 준수를 확보합니다.
• 하드웨어 인증 장치가 필요 없이 소프트웨어 기반의 quote 검증 모듈을 구현하여 원격 보증자에서 TPM2.0 quote를 검증합니다.
• 펌웨어 이벤트 로그를 암호 기반 표준과 일치시키고 사용자 공간에서의 액세스를 가능하게 하기 위해 커널 패치를 업스트림에 통합합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떻게 단일 통합 프레임워크 내에서 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 구성 요소의 무결성과 진위성을 보안적으로 검증할 수 있는가?
• RQ2 복잡한 암호학적 가정에 의존하지 않고도 원격 인증 프로토콜에서 재생 및 DoS 공격을 효과적으로 방지할 수 있는 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 기존의 이벤트 로그 형식(예: IMA, 펌웨어 로그)을 TCG 권장 CEL 형식을 사용해 얼마나 잘 표준화하고 검증할 수 있는가?
• RQ4 최소한의 신뢰 가정과 TPM2.0 표준과의 최대 호환성을 갖춘 완전한 오픈소스 원격 보증자를 구축할 수 있는가?
• RQ5 원격 인증의 루프를 닫기 위해 루트 인증서와 EK를 안전하고 한 번만 전송할 수 있는 방법은 무엇인가?

주요 결과

• SEDAT는 IMA 및 펌웨어 이벤트 로그를 모두 원칙적으로 CEL 형식으로 표현하는 최초의 알려진 구현으로, 표준화와 상호운용성을 보장합니다.
• 단일 패킷 인증(SPA)을 통해 원격 보증자와 증명자 간의 통신 채널을 보호함으로써 재생 및 DoS 공격에 성공적으로 저항합니다.
• 소프트웨어 기반의 quote 검증 모듈을 사용하여 원격 보증자에서 TPM2.0 quote를 검증함으로써 요구 시 실시간 장치 무결성 인증을 가능하게 합니다.
• 플랫폼 루트 CA, 엔드오르멘트, 속성 인증서의 검증을 포함하여 하드웨어, 펌웨어, 소프트웨어 전반의 무결성 인증을 지원합니다.
• 모든 소스 코드, 도구, 커널 패치는 BSD 2-조항 라이선스 하에 배포되어 오픈소스 연구 및 구현을 가능하게 합니다.
• 프로토타입은 최소한의 가정으로 종단 간 인증을 성공적으로 수행하여 산업 제어 시스템 및 사이버-물리 시스템에 적합합니다.