阿里云服务器使用Enclave构建机密计算环境-[云淘科技_教程]

背景信息

数据一般分为三种形态：静态数据、传输中的数据以及使用中的数据。前两者可以通过加密等方式来保障数据安全；而使用中的数据的安全性保障十分困难，目前一般使用机密计算（Confidential Computing）来保护使用中的数据的安全性。

阿里云虚拟化Enclave在ECS实例内部提供一个可信的隔离空间，将合法软件的安全操作封装在一个Enclave中，保障您的代码和数据的机密性与完整性，不受恶意软件的攻击。

说明

阿里云虚拟化Enclave正在邀测中。您可以提交工单申请使用。

阿里云虚拟化Enclave适用于对敏感和机密数据有强保护需求的业务，例如金融服务、互联网、医疗等。

Enclave的工作原理

使用阿里云虚拟化Enclave构建机密计算环境的工作原理，是在ECS实例（即主VM）内切分计算资源（包括vCPU和内存），创建一个Enclave VM（简称EVM）作为可信执行环境。EVM的安全性保障体现在以下几方面：

• 由底层虚拟化技术提供安全隔离，EVM和主VM之间隔离，并且和其他ECS实例也隔离。

• EVM运行独立的、定制化的可信操作系统，没有持久化存储、交互式连接或外部网络通路，仅允许通过本地安全信道（基于vsock）与主VM进行通信，最大程度缩小攻击面。您可以将涉及机密数据的应用放入EVM中运行，通过安全调用的形式与运行在主VM上的应用进行交互。

阿里云虚拟化Enclave的工作原理图如下所示。

阿里云虚拟化Enclave提供的安全性由多个方面结合实现。底层基于带有TPM/TCM芯片的第三代神龙架构，且为EVM提供vTPM/vTCM设备来增强其安全性和可信能力；上层提供高兼容性的SDK，方便您快速搭建Enclave环境并使用。在可信证明能力方面，您可以对运行在机密执行环境中的代码进行验证，例如借助SDK，机密应用可在运行时生成证明材料（包括平台、应用信息、签名等），再通过远程证明服务端（可结合KMS）验证证明材料的有效性。当主VM切分资源给EVM，并且EVM开始运行时，底层会执行资源访问隔离，确保主VM无法访问这些已经切分出去的vCPU或内存资源，保障EVM的正常运行和私密性。

阿里云虚拟化Enclave功能的架构图如下所示。

使用限制

• 仅g7、c7、r7支持阿里云虚拟化Enclave。

• 每台ECS实例只允许创建一个Enclave。

• 使用Enclave前，您必须至少为主VM保留一个处理器物理核以及部分内存，剩余的处理器和内存资源可以灵活地分配给Enclave。如果您开启了超线程，则代表保留了属于一个物理核的两个处理器超线程，因此启用Enclave特性的ECS实例至少需要具备4 vCPU。

其他通用限制，请参见使用限制。

通过工具集使用Enclave

1. 安装Enclave Runtime工具集。

   Enclave Runtime工具集负责在主VM上管理Enclave的生命周期，包括Enclave的启动和终止。您可以通过以下任一方式安装：

   • 在创建ECS实例时勾选Enclave，自动安装Enclave Runtime工具集。

     说明

     通过OpenAPI创建Enclave机密计算的ECS实例时，只能调用RunInstances实现，CreateInstance目前不支持设置机密计算模式参数（SecurityOptions.ConfidentialComputingMode）。

   • 在创建ECS实例后，运行以下命令，在主VM中安装Enclave Runtime工具集。

     sudo rpmkeys --import http://mirrors.aliyun.com/epel/RPM-GPG-KEY-EPEL-7
     sudo yum install -y alinux-release-experimentals
     sudo yum install -y https://enclave.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/de-platform-runtime-0.1.0-1.2.al7.x86_64.rpm

   安装Enclave Runtime后，本地服务会尝试自动拉起Enclave，默认的Enclave镜像存储于/usr/local/share/dragonfly/image.bin，您可以修改配置文件/etc/enclave.conf来变更镜像存储所在路径。配置文件还提供了更多的配置选项，包括分配给Enclave的vCPU和内存资源等。

2. 初次手动安装后，运行以下命令将Enclave镜像下载保存到本地。

   wget -O /usr/local/share/dragonfly/image.bin \
     https://enclave-cn-shenzhen.oss-cn-shenzhen.aliyuncs.com/download/linux/enclave_image/x86_64/0.1.0/image-0.1.0.bin

3. 运行systemctl命令，对Enclave进行操作。

   systemctl status de_platform_service # 查看运行状态
   systemctl start de_platform_service # 启动服务
   systemctl restart de_platform_service # 重启服务
   systemctl stop de_platform_service # 关闭服务

通过SDK使用Enclave

阿里云虚拟化Enclave提供了SDK，让您在启用了Enclave的ECS实例上开发自己的应用。阿里云虚拟化Enclave还提供了一组与SGX-SDK兼容的API接口定义和代码库，如果您已经有SGX应用，则只需经过少量迁移工作即可将应用运行在Enclave平台上。

1. 在开发环境中准备以下Dockerfile文件。

   FROM registry.cn-hangzhou.aliyuncs.com/alinux/aliyunlinux
   RUN rpmkeys --import http://mirrors.aliyun.com/epel/RPM-GPG-KEY-EPEL-7 \
       && yum install -y alinux-release-experimentals \
       && yum install -y devtoolset-9 wget openssl-devel zlib-devel patch git cmake3 \
         https://enclave.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/de-platform-runtime-0.1.0-1.2.al7.x86_64.rpm \
         https://enclave.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/teesdk-0.1.0-1.1.al7.x86_64.rpm \
       && yum clean all -y \
       && wget -O /devtoolset9_enable.sh \
         https://enclave.oss-cn-hangzhou.aliyuncs.com/devtoolset9_enable.sh \
       && chmod +x /devtoolset9_enable.sh
   WORKDIR /opt/app-root/src
   ENTRYPOINT ["/devtoolset9_enable.sh"]

2. 运行以下命令，利用docker创建Enclave镜像。

   docker build -t deenclave/sdk-builder .

   执行成功后，自动生成名为deenclave/sdk-builder的镜像。您只需使用该镜像，即可进行DE Enclave的应用构建。阿里云提供了SDK示例供您参考。

SDK示例一：启动容器构建应用

阿里云提供了SDK示例程序，位于/opt/alibaba/teesdk/desdk/examples/SampleMath。该示例程序接收外部输入的两个平面坐标点，并在Enclave内计算两点之间的直线距离，最后将计算结果输出至控制台。您可以按照以下步骤完成示例操作。

1. 运行以下命令，通过构建的docker镜像deenclave/sdk-builder启动容器。

   docker run -it \
     -v /opt/alibaba/teesdk/desdk/examples/SampleMath:/opt/app-root/src:z \
     deenclave/sdk-builder

2. 在启动后的容器实例内，运行以下命令配置环境变量。

   source /opt/alibaba/teesdk/desdk/environment

3. 在启动后的容器实例内，运行cmake命令对示例代码执行构建。

   cmake3 -B build && \
   cmake3 --build build

   构建成功后，应用和Enclave所在路径分别为/opt/app-root/src/build/SampleMath/App/app和/opt/app-root/src/build/SampleMath/Enclave/enclave.signed.so。

4. 将应用上传至主VM。

5. 在主VM上启动Enclave，并执行示例代码SampleMath，然后查看执行结果。

   [root@AliYun ~]# ./app
   A(3,4) -> B(1,8) -> 4.47214
   A(6,9) -> B(6,2) -> 7
   A(3,3) -> B(7,5) -> 4.47214

SDK示例二：通过Attestation生成证明材料

Attestation是一个认证的过程，您可以通过它来确保运行在Enclave中的镜像、操作系统和应用程序代码没有被修改或篡改。您可以在自己的Enclave应用代码内调用SDK提供的API接口生成证明材料，并将证明材料上传至远程证明服务进行验证，远程证明服务会将验证结果返回给调用者。

阿里云提供了以下示例，您可以使用与SDK示例一中SampleMath相同的方式构建并运行这些示例。

• 生成证明材料的示例程序，位置在/opt/alibaba/teesdk/desdk/examples/QuoteGenerationSample。

• 验证证明材料的示例程序，位置在/opt/alibaba/teesdk/desdk/examples/QuoteVerificationSample。