【《基于区块链的云平台可信性验证方法分析案例》4500字】

基于区块链的云平台可信性验证方法分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u16229基于区块链的云平台可信性验证方法分析案例 1147951.1问题描述 1230011.2基于区块链的云可信性验证架构 2301151.3基于区块链的周期性验证协议及可信性评估协议 3290171.3.1基于区块链的周期性度量验证协议 420891.3.2基于区块链的可信性评估协议 61.1问题描述云服务提供商CSP通常会对用户屏蔽云平台内部的实现细节，又因为云用户对云计算技术、云平台相关配置的相关专业知识有所欠缺，导致云用户很难验证云平台的安全性，反过来，CSP也不会完全信任云用户，认为云用户可能会对云平台进行一系列非法操作，对云平台的可用性和安全性造成影响。现有的方法通常引入一个可信第三方平台对云环境的安全性进行验证，这个第三方可能是由CSP提供的，为用户和CSP提供双方认可的云平台可信性验证。但是现有的基于可信第三方的云平台验证方法存在一些问题。具体来说有以下几个问题：（1）现有的方法通常是基于一个假设，即假设第三方是可信的，但是在实际的应用中，完全可信的第三方是不存在的，其可能会存在恶意管理员的滥用行为或因外部攻击而导致可信数据被篡改或窃取，也可能因为验证设备本身出现故障或遭受DDOS攻击而导致第三方系统宕机不工作的情况。（2）在时间维度方面，现有的方法是接入时一次度量验证，即仅在用户向云平台发起验证请求时，云平台进行平台配置文件、应用程序的度量，而在用户使用云平台执行任务时，云平台的可信性的动态变化得不到监控。（3）对于云平台的可信验证大部分是建立在可信计算技术的基础上，通过可信计算的远程证明机制来检查云平台基础设施或应用程序的可信性，但是远程证明机制的协议运行中，往往存在中间人攻击问题。图4-1中间人攻击模型Fig.4-1Man-in-the-MiddleAttackmodel如图4-1所示，中间人通过窃取云平台的验证信息，伪装成云平台欺骗用户，使用户相信中间人的可信性，进而获取了用户与云平台之间通信的信息。综上所述，需要提供一个与云平台和云用户不存在利益冲突的可信验证方，并且在对云平台验证的时间维度上，解决现有的云平台一次接入验证问题、验证效率，以及验证时的中间人攻击问题。1.2基于区块链的云可信性验证架构针对上节的描述，本文提出了基于区块链的云平台可信性验证架构，能够解决上节所提出的云平台验证所面临的问题。具体的设计目标和解决方法如下所述：（1）去信任中心化。由于单点式的第三方不能做到真正的可信，因此采用构建分布式第三方的方式，引入区块链技术，利用区块链去信任中心化，同时利用区块链智能合约对数据信息进行分析处理，所有节点达成一致并将结果记录在每个节点的账本中，通过上述摆脱对单点式第三方的依赖，同时提高云平台可信性验证的可信性。（2）高效。为了提高用户在发起验证请求时能够高效的得到验证结果，采用离线时周期性度量验证和在线时的可信性评估方法，对云平台周期性度量并验证，在用户发起验证请求时，利用周期性度量验证结果和历史记录数据对云平台的可信性进行评估，无需等待云平台的度量和发送完整性信息，提高用户验证效率。（3）抵抗中间人攻击。当用户发起验证请求时，在完成云平台安全性评估时，进行用户和云平台的密钥协商，并由身份秘钥进行保护，同时通过三次握手再次确定双方密钥，以此达到抵抗中间人攻击的目的。本文提出了一种基于区块链的云平台可信性验证架构，架构如图4-2所示，该架构包含三个角色，分别是云用户，云平台和基于区块链系统的可信第三方，用户指使用云服务的云租户，这三种角色所承担的工作如下：云平台需要周期性的收集完整性度量信息，并发送到区块链进行验证，并将验证结果记录在区块链中。云平台中有物理TPM芯片为云平台收集的完整性信息提供可信支撑。云用户在使用云平台之前，会根据需求向区块链发起对云平台的可信性评估请求，并接受区块链的可信性评估结果。区块链接受云平台的完整性信息，运行智能合约对完整性信息进行验证，得到的验证结果打包成区块的形式存储在区块链中。图4-2基于区块链的云可信性验证架构Fig.4-2Blockchainbasedcloudcredibilityverificationarchitecture区块链由多个节点组成，其中背书节点负责模拟执行智能合约并对结果进行背书，order节点将交易按照一定的规则进行排序，并按照固定的时间间隔打包成区块，然后分发给peer节点更新账本。基于区块链的分布式可信第三方由两层架构组成。1、区块链层，该层部署了可信验证的智能合约，根据接收到的请求不同，分别执行周期性度量验证合约和可信性评估合约，并定义了合约对应的区块的数据结构。2、底层硬件层，为分布式可信第三方中每个节点的状态提供可信支撑。1.3基于区块链的周期性验证协议及可信性评估协议本节中将重点介绍基于智能合约实现的云平台周期性度量验证方法和云平台可信性评估方法。在进行云平台的度量验证之前，需要将初始的可信的完整性度量信息注册到区块链中，以作为完整性度量验证的基准值。云平台将借助证书机构基于自身的完整性信息颁发证书，以保证云平台的公钥经过认证。最终云平台将初始的完整性度量信息、度量列表以及证书注册到区块链中。云平台启动之后，不管是否有云用户使用，都需要进行周期性的度量验证，当用户对云平台发起验证请求时，则执行云平台的可信性评估。1.3.1基于区块链的周期性度量验证协议基于区块链的周期性度量验证的流程如图4-3所示。图4-3周期性度量验证协议Fig.4-3Periodicmeasurementverificationprotocol（1）区块链向终端发起验证挑战，通过随机生成一个随机数nonce，并使用云平台中宿主机的AIK公钥对nonce加密生成密文Cnonce。（2）将Cnonce发送至云平台的宿主机。（3）云平台的宿主机使用AIK私钥解密得到nonce，并把nonce作为TPM_QUOTE命令的参数交给TPM计算QUOTE=Sig{PCR，nonce}_AIKpriv。（4）云平台将QUOTE和度量列表ML发送至区块链。（5）区块链通过云平台宿主机的AIK公钥验证QUOTE签名，检查nonce是否为挑战值，并将度量值与基准值进行对比，之后将本次度量验证的结果打包成区块，上传至区块链。验证区块的区块体由每条验证记录组成，其中每条记录包括记录ID、验证对象、验证结果以及验证时间。对于云平台的一次验证，验证合约会根据度量值与预期值的匹配程度给出一次验证的评估值作为验证结果，给定评估值的标准如表4-1所示。表4-1评估值标准Tab.4-1Evaluationvaluestandard评估值描述0.2度量值与预期值匹配度在0-20%0.4度量值与预期值匹配度在20-40%0.6度量值与预期值匹配度在40-60%0.8度量值与预期值匹配度在60-80%1.0度量值与预期值匹配度在80-100%基于给定的评估值，将对度量的周期进行动态的调整，如果评估值下降，则缩短下次度量验证的时间间隔，如果评估值上升，则延长下次度量验证的时间间隔。时间间隔的计算方式如式（4-1）。interval=a∗(periodiceva式（4-1）中，interval表示下次度量所经过的时间间隔，periodicevai为本次对云平台度量验证的评估值，periodicevai−1表示上次对云平台度量验证的评估值，ti−1为上次对云平台进行度量验证的时间，t为本次度量验证的时间，a为对评估值差值的调整系数，保证在评估值差值最小时，通过a调整之后的interval间隔时间仍然是大于0的，由表4-1中给出的评估值标准可知，两次评估值的差值最小为-0.8，因此表4-2周期性度量验证合约算法Tab.4-2Periodicmeasurementverificationcontractalgorithm输入：VerificationPlatformplatformID,VerificationMeasurementQUOTE,MeasureListML//待验证平台唯一标识，验证度量值，度量列表输出：verificationRecode//验证评估值的区块记录fun(s*Chaincode1)PeriodicValidata(APIstubshim.ChaincodeStubInterface,args[]stringpb.Response){while(true){periodiceva=Verification(QUOTE,ML);//将QUOTE和ML传入验证函数计算评估值interval=a*(periodiceva-periodicevai-1)+(time.NOW()-VerificationTimei-1);//周期调整运算write(platfoemID,periodiceva,VerifaicationTime);//将验证结果信息写入区块连time.sleep(interval);nonce=rand.Intn();//生成随机数Cnonce=cipher.NewCBCEncrypter(nonce,platform.key);//使用平台公钥加密随机数fmt.send(Cnonce);}}1.3.2基于区块链的可信性评估协议当用户对云平台发起接入请求时，会对云平台的可信性进行评估，并基于区块链在云用户和云平台之间进行密钥协商，基于区块链的云平台可信性评估及密钥协商流程如图4-4所示。（1）首先用户会向区块链发起对云平台的访问请求。（2）区块链接收到接收到访问请求，会转发用户的请求到云平台。图4-4可信性评估和密钥协商Fig.4-4Trustworthinessassessmentandkeyagreement（3）区块链会对云平台进行可信性评估，具体的评估方法将在后文介绍,同时，将对云平台可信性评估的结果打包成区块，上传至区块链。（4）区块链将对云平台的可信性评估结果发送给用户。（5）用户根据本地策略，对比收到的可信性评估结果，如果评估结果满足策略需求，用户会接入云平台，并进行接下来的密钥协商过程，如果评估结果不满足策略需求，也就是云平台的安全状态不能满足用户的计算或者存储需求，则不会接入云平台。用户随机生成一个随机数nonceUser，并用AIK私钥签名。（6）用户将签名的随机数和随机数的哈希值发送给区块链，表示同意接入云平台，要求与云平台进行密钥协商。（7）区块链向云平台发起密钥协商的请求。（8）云平台收到密钥协商的请求，随机生成一个随机数nonceCloud，并用AIK私钥签名。（9）云平台将签名的随机数和随机数哈希值发送给区块链，表示同意进行密钥协商。（10）区块链使用两个随机数，利用秘钥生成算法生成密钥S，分别用用户和云平台的AIK公钥加密密钥S。（11）（12）分别将用户和云平台AIK公钥加密的密钥S发送给用户和云平台。（13）（14）用户和云平台收到密钥S后，将进行三次握手确认密钥阶段，用户和云平台各自生成一个挑战随机数。（15）（16）用户和云平台分别将各自生成的挑战随机数发送给对方。（17）（18）用户和云平台收到挑战随机数后，计算两个随机数以及密钥S的哈希值。（19）用户和云平台经过最后一次握手确认双方拥有相同的哈希值，则表明双方的密钥S相同，则可以通过密钥S加密后续的机密通信数据。可信性评估区块的区块体由每条可信性评估记录组成，其中每条记录包括记录ID、评估对象、请求用户、可信性评估结果以及评估时间。定义4-1构成区块体记录的可信性评估结果描述为用户U1对云平台C在t时刻的可信性评估值Γ(U1,C,t)，则有：ΓU1,C,t其中，Θ(Ui,C,t)表示用户Ui对云平台C的声望评价函数，α为声望评权重系数，0<α≤1；Ω(C)为云平台C的自身可信性计算函数，β为可信性权重系数，0<β≤1，α+β=1。假设云平台租户数量为n，用户定义为Ui(i=1,……,n)，假设发起访问请求的用户为U1。由（4-2）式可知，用户U1对云平台C在时间t时的可信性评估表示为Γ(U1,C,t)，它由两个要素组成，分别云平台用户Ui对云平台C的声望评价和云平台C的自身可信性。定义4-2其他用户Ui对云平台C的声望评价表示为Θ(Ui,C,t)，则有：ΘUi,C,t其中，Γ(Ui,C,trec)定义4-3云平台自身可信性表示为Ω(C)，则有：ΩC其中，evaj表示在周期性度量验证区块中，第j条记录中的评估值（假设在周期性度量验证阶段共进行了m次度量验证），r(定义4-4时间矫正函数r(t)利用表示第j次度量验证时间的tjrt其中，k0是经验系数，通常情况下为1，k1为衰减系数，k1<1，可信性评估的智能合约具体实现过程算法如表4-3所示。表4-3可信性评估合约算法Tab.4-3Trustworthinessevaluationcontractalgorithm输入：Requestevaluation,UserU,objCloud//可信性评估请求，请求用户，评估对象云平台输出：evaluationRecode//可信性评估值的区块记录fun(s*Chaincode2)SecurityEvalutation(APIstubshim.ChaincodeSt