[论文解读] Remote Attestation: A Literature Review

Alexander Sprogø Banks, Marek Kisiel+1 more|arXiv (Cornell University)|May 6, 2021

Security and Verification in Computing参考文献 30被引用 6

一句话总结

本文献综述对物联网系统中的远程证明（RA）进行了全面分析，评估了基于软件、基于硬件以及混合范式，重点关注安全保证、对抗模型以及新兴扩展如群体证明和控制流监控。研究识别出形式化验证和动态群体拓扑结构作为关键进展，同时指出了在故障检测和协议可证明性方面仍存在的开放挑战。

ABSTRACT

With the rising number of IoT devices, the security of such devices becomes increasingly important. Remote attestation (RA) is a distinct security service that allows a remote verifer to reason about the state of an untrusted remote prover (device). Paradigms of remote attestation span from exclusively software, in software-based attestation, to exclusively hardware-based. In between the extremes are hybrid attestation that utilize the enhanced security of secure hardware components in combination with the lower cost of purely software-based implementations. Traditional remote attestation protocols are concerned with reasoning about the state of a prover. However, extensions to remote attestation also exist, such as code updates, device resets, erasure and attestation of the device's run-time state. Furthermore, as interconnected IoT devices are becoming increasingly more popular, so is the need for attestation of device swarms. We will describe and evaluate the state-of-the-art for remote attestation, which covers singular attestation of devices as well as newer research in the area of formally verified RA protocols, swarm attestation and control-flow attestation.

研究动机与目标

• 提供物联网设备远程证明领域最新技术的全面概览。
• 评估基于软件、基于硬件以及混合远程证明范式的优缺点。
• 研究新兴扩展，如群体证明、控制流证明和远程代码更新。
• 识别开放的研究挑战，包括在群体中检测故障或受损设备，以及协议的形式化验证。
• 评估当前RA协议所依赖的安全属性和对抗性假设。

提出的方法

• 根据实现方式和信任假设，将远程证明划分为三种范式：基于软件、基于硬件和混合范式。
• 分析安全架构作为基础组件，支持在低功耗设备上实现可信执行和密钥保护。
• 使用密码学原语和信任模型，评估单个远程证明协议，包括SeED和PASTA。
• 研究群体证明协议，如SEDA、DIAT、SARA、PASTA和PADS，这些协议支持对设备集合的集体验证。
• 引入基于共识和多签名聚合技术，实现在动态网络中的可扩展、分布式证明。
• 回顾扩展功能，如控制流证明和远程代码更新，这些功能可超越静态状态检查，增强运行时完整性验证。

实验结果

研究问题

• RQ1 在物联网系统中，基于软件、基于硬件和混合远程证明之间存在哪些关键差异与权衡？
• RQ2 现代群体证明协议如何在保持安全保证的前提下，实现对设备集合的高效、可扩展验证？
• RQ3 在动态群体网络中，当前在检测故障或受损设备方面存在哪些局限性？
• RQ4 形式化验证技术在多大程度上能确保远程证明协议的正确性和安全性？
• RQ5 像控制流证明和远程代码更新这样的扩展，如何在传统状态证明之外增强安全模型？

主要发现

• 混合远程证明通过在软件框架中集成安全硬件组件，在安全性和成本之间提供了实用的平衡。
• 群体证明协议如PASTA和PADS可实现对设备集合的高效集体验证，降低单个证明的开销。
• PASTA支持在动态网络中的容错性，但超出证明周期离线的设备可能被视为不可信。
• PADS利用同步实时时钟和最小共识，在非结构化网络中实现非交互式、基于共识的证明。
• SARA引入了一种异步、发布-订阅模型用于证明聚合，在分布式群体环境中提供灵活性。
• VRASED是迄今为止唯一已知的形式化验证远程证明协议，凸显了在可证明安全协议开发方面存在的关键缺口。