Gemeinnützige Organisation mit Beteiligung von Google und anderen Sponsoren am 5. November 2019 Projekt , die als „erstes Open-Source-Projekt zur Schaffung einer offenen, qualitativ hochwertigen Architektur für Hardware-basierte Root of Trust (RoT)“ bezeichnet wird.
OpenTitan auf RISC-V-Architektur ist ein spezialisierter Chip, der in Servern in Rechenzentren und in jeder anderen Hardware installiert wird, wo Authentifizierung beim Booten, Schutz der Firmware vor Änderungen und Vermeidung von Rootkits erforderlich sind: dazu gehören Motherboards, Netzwerkkarten, Router, IoT-Geräte, mobile Gadgets und mehr.
Natürlich gibt es solche Module in modernen Prozessoren. Zum Beispiel ist das Hardware-Modul Intel Boot Guard der Root of Trust in Intel-Prozessoren. Es verifiziert die Authentizität des UEFI BIOS vor dem Booten des Betriebssystems mittels einer Vertrausenskette. Aber die Frage ist, wie sehr wir proprietären Roots of Trust vertrauen können, da wir keine Garantie dafür haben, dass es im Design keine Fehler gibt, und wir die Möglichkeit zur Überprüfung fehlt? Siehe Artikel mit der Beschreibung, dass "ein über Jahre hinweg wiederholter Produktionsfehler bei mehreren Anbietern es einem potenziellen Angreifer ermöglicht, diese Technologie zu nutzen, um ein im System nicht entfernbares (nicht einmal für Programmierer) verstecktes Rootkit zu erstellen".
Die Bedrohung einer Kompromittierung der Hardware in der Lieferkette ist erstaunlich real: Anscheinend kann jeder Freizeit-Elektroniker , indem er mit einer Ausrüstung arbeitet, die nicht mehr als 200 Dollar kostet. Einige Experten vermuten, dass "Organisationen mit Budgets von mehreren Millionen Dollar dies bereits seit vielen Jahren tun könnten". Auch wenn es keine Beweise dafür gibt, ist es theoretisch möglich.
"Wenn Sie dem Hardware-Bootloader nicht vertrauen können, ist das Spiel vorbei, — Gavin Ferris, Mitglied des Vorstands von lowRISC. — Es spielt keine Rolle, was das Betriebssystem tut — wenn Sie zum Zeitpunkt des Bootens des Betriebssystems bereits kompromittiert sind, ist der Rest nur noch Technik. Es ist bereits vorbei für Sie."
Dieses Problem soll die erste ihrer Art, die offene Hardware-Plattform OpenTitan, lösen (, , ). Der Ausstieg aus proprietären Lösungen wird es ermöglichen, die „schwerfällige und unvollkommene RoT-Industrie“ zu verändern, meint Google.
Das Unternehmen Google hat mit der Entwicklung von Titan begonnen und dabei das Betriebssystem Minix entdeckt, das in die Intel Management Engine (ME) Chips integriert ist. Dieses komplexe Betriebssystem erweiterte auf unvorhersehbare und unkontrollierbare Weise die Angriffsfläche. Google , aber ohne Erfolg.
Was ist die Root of Trust?
Jeder Schritt im Systemstartprozess überprüft die Authentizität des nächsten Schrittes und bildet somit eine Vertrauensschlüssel.
Der Vertrauensanker (Root of Trust, RoT) ist ein hardwarebasierter Authentifizierungsmechanismus, der sicherstellt, dass die Quelle der ersten ausgeführten Anweisung in der Vertrauenskette unveränderlich bleibt. RoT bietet grundlegenden Schutz vor Rootkits. Er ist ein entscheidender Schritt im Bootprozess, der zur weiteren Initialisierung des Systems beiträgt – von BIOS über das Betriebssystem bis hin zu Anwendungen. Er muss die Authentizität jeder nachfolgenden Bootstufe überprüfen. Dabei wird in jeder Phase ein Satz von signierten Schlüsseln verwendet. Einer der bekanntesten Standards für hardwarebasierte Schlüsselschutzmaßnahmen ist TPM (Trusted Platform Module).
Festlegung des Vertrauensankers. Oben sehen Sie einen fünfstufigen Bootprozess, der eine Vertrauenskette bildet und mit dem Bootloader beginnt, der sich im unveränderlichen Speicher befindet. In jeder Phase wird ein öffentlicher Schlüssel verwendet, um die Authentizität der nächsten geladenen Komponente zu bestätigen. Illustration aus dem Buch von Perry Lee.
RoT kann auf verschiedene Weise gestartet werden:
- Laden des Abbilds und des Wurzelkeys aus der Firmware oder dem unveränderlichen Speicher;
- Speichern des Root-Schlüssels im einmal programmierbaren Speicher mithilfe von Fusionsbits;
- Laden des Codes aus einem geschützten Speicherbereich in einen sicheren Speicher.
In verschiedenen Prozessoren wird die Vertrauenswurzel unterschiedlich implementiert. Intel und ARM
unterstützen folgende Technologien:
- ARM TrustZone. ARM verkauft Chip-Herstellern ein proprietäres Silizium-Element, das die Vertrauenswurzel und andere Sicherheitsmechanismen bereitstellt. Dadurch wird der Mikroprozessor vom unsicheren Kern getrennt; er führt ein Trusted OS aus — ein sicheres Betriebssystem mit klar definierten Schnittstellen zu unsicheren Komponenten. Geschützte Ressourcen befinden sich im vertrauenswürdigen Kernel und sollten so leichtgewichtig wie möglich sein. Der Übergang zwischen Komponenten unterschiedlichen Typs erfolgt durch hardwareseitiges Kontextwechseln, wodurch die Notwendigkeit für sichere Software zur Überwachung entfällt.
- Intel Boot Guard — ist ein hardwarebasierter Mechanismus zur Authentifizierung des Bootstraps durch kryptografische Mittel oder durch einen Messprozess. Um das Initialverzeichnis zu überprüfen, muss der Hersteller einen 2048-Bit-Schlüssel generieren, der aus zwei Teilen besteht: einem öffentlichen und einem privaten. Der öffentliche Schlüssel wird während der Produktion auf die Platine gedruckt, indem „Fuse-Bits“ detoniert werden. Diese Bits sind einmalig und nicht veränderbar. Der private Teil des Schlüssels generiert eine digitale Signatur zur späteren Authentifizierung des Bootstraps.
Die OpenTitan-Plattform öffnet die Schlüsselkomponenten eines solchen hardware-softwarebasierten Systems, wie in der folgenden Grafik dargestellt.
OpenTitan-Plattform
Die Entwicklung der OpenTitan-Plattform erfolgt unter der Leitung der gemeinnützigen Organisation lowRISC. Das Team von Ingenieuren hat seinen Sitz in Cambridge (Vereinigtes Königreich), und der Hauptsponsor ist Google. Zu den Gründungspartnern gehören die ETH Zürich, G+D Mobile Security, Nuvoton Technology und Western Digital.
Google Projekt im Unternehmensblog von Google Open Source. Das Unternehmen erklärte, dass OpenTitan darauf abzielt, "hochwertige Empfehlungen für das Design und die Integration von RoT für den Einsatz in Rechenzentren, Speichern, Endgeräten und vielem mehr bereitzustellen."
Der Root of Trust ist das erste Glied in der Vertrauenskette auf der niedrigsten Ebene eines vertrauenswürdigen Rechenelements, dem das System immer voll vertraut.
RoT ist entscheidend für Anwendungen, darunter Infrastrukturen für öffentliche Schlüssel (PKI). Es bildet das Fundament des Sicherheitssystems, auf dem komplexe Systeme wie IoT-Anwendungen oder Rechenzentren basieren. Daher ist es verständlich, warum Google dieses Projekt unterstützt. Derzeit betreibt das Unternehmen 19 Rechenzentren auf fünf Kontinenten. Rechenzentren, Speicher und kritische Anwendungen stellen eine umfangreiche Angriffsfläche dar, und um diese Infrastruktur zu schützen, hat Google ursprünglich seinen eigenen Root of Trust im Titan-Chip entwickelt.
für Google Rechenzentren wurde erstmals auf der Google Cloud Next-Konferenz. „Unsere Computer führen eine kryptografische Überprüfung jedes Softwarepakets durch und entscheiden dann, ob ihnen der Zugang zu den Netzwerkressourcen gewährt werden sollte. Titan integriert sich in diesen Prozess und bietet zusätzliche Schutzschichten,” berichteten die Google-Vertreter bei der Präsentation.
Der Titan-Chip im Google-Server
Die Titan-Architektur war das Eigentum von Google, wird aber jetzt im Rahmen eines Open-Source-Projekts öffentlich zugänglich.
Die erste Phase des Projekts besteht darin, ein logisches Design von RoT auf Chip-Ebene zu erstellen, einschließlich eines Open-Source-Mikroprozessors , kryptografische Prozessoren, Hardware-Zufallszahlengeneratoren, Schlüssel- und Speichhierarchien für energieeffizientes und nicht-flüchtiges Speichern, Schutzmechanismen, Ein-/Ausgabeperipheriegeräte und sichere Boot-Prozesse.
Google sagt, dass OpenTitan auf drei Schlüsselaspekten basiert:
- Jeder hat die Möglichkeit, die Plattform zu überprüfen und seinen Beitrag zu leisten;
- erhöhte Flexibilität durch ein offenes logisch sicheres Design, das nicht durch proprietäre Anbieterverbote eingeschränkt ist;
- Qualität, die nicht nur durch das Design selbst, sondern auch durch die Referenzfirmware und Dokumentation gewährleistet wird.
„Die aktuellen Chips mit Vertrauen verwurzelter Technologie sind sehr proprietär. Sie behaupten, sicher zu sein, aber in Wirklichkeit muss man es einfach glauben und kann es selbst nicht überprüfen“, sagt Dominic Rizzo, leitender Sicherheitsexperte des Google Titan-Projekts. „Jetzt gibt es erstmals die Möglichkeit, Sicherheit zu gewährleisten, ohne blind den Entwicklern proprietärer Designs der Vertrauensanker zu vertrauen. Das Fundament ist also nicht nur stabil, sondern kann auch überprüft werden.“
Rizzo fügte hinzu, dass OpenTitan als „radikal transparenter Designansatz“ betrachtet werden könne, verglichen mit der aktuellen Situation.
Laut den Entwicklern sollte OpenTitan auf keinen Fall als fertiges Produkt betrachtet werden, da die Entwicklung noch nicht abgeschlossen ist. Sie haben die Spezifikationen und das Design absichtlich während der Entwicklungsphase geöffnet, damit alle es überprüfen, beitragen und das System vor der Produktion verbessern können.
Um mit der Produktion der OpenTitan-Chips zu beginnen, muss ein Antrag gestellt und eine Zertifizierung durchlaufen werden. Anscheinend sind keine Lizenzgebühren erforderlich.
Quelle: habr.com
