可信网络连接

TNC与终端完整性

       通过前面讲述的 TPM、TSS、可信计算平台，可以实现以 TPM 可信根为起点，构建基于硬件的信任链，完成从底层硬件到上层系统的信任传递，进而可以在本地主机终端上构建一套可信的计算环境。

       但是，随着网络应用的迅速普及，网络的开放、互连、复杂等特征都给网络空间安全带来了巨大隐患。本地可信主机无法确定与其通信的外部主机具备可信的计算环境，更无法确定与其通信的安全性，在 P2P、云计算等网络环境中，计算环境的可信问题尤为突出。为解决这个问题，一方面需要保证本地主机终端计算环境的可信，另一方面要将终端计算环境的可信扩展到网络，以形成可信的网络计算环境。

       在此背景下，TCG于2004年提出了可信网络连接（Trusted Network Connection，TNC）。该架构不仅关注网络环境下的终端安全，还通过终端完整性度量来评估终端对于拟接入网络的适用性，以确保只有经过授权而且自身可信的终端方可接入网络。

可信网络连接（Trusted Network Connection，TNC）的基本思想：

1. 通过网络管理员设定的安全策略检查拟接入网络的终端的安全状态

2. 判断该终端是否遵守安全策略

满足以上两点才可接入网络。

TNC 过程分为以下步骤：

<1> 将终端连入网络之前，首先认证用户的身份；

<2> 如果用户身份认证通过，则进行终端平台的身份认证；

<3> 如果终端平台的身份认证通过，则对终端平台可信状态进行度量；

<4> 如果终端平台可信状态度量结果符合网络连接的安全策略要求（即判定该平台可信），则允许终端连接网络；

<5> 如果终端平台可信状态度量结果不符合网络连接的安全策略要求（即判定该平台不可信），则将终端连入指定的隔离区域，对其进行升级或安全性修补等操作。

远程证明

远程证明的目标和途径

       从TNC流程可知，从TNC流程可以看到，终端需要对自己的安全性进行证明。而传统网络连接的安全策略主要包括对终端的身份认证、访问控制和授权，并不包含对自身安全系的证明，这是TNC 的特点。

      这种对终端的安全状态进行检查的过程依靠远程证明（Remote Attestation，RA）来完成。换句话说，可信网络连接首先以可信平台模块为信任根建立终端平台的信任，并通过远程证明将信任扩展至网络。在 TCG 规范中，证明能力、保护能力、完整性度量存储报告同为 TCG 定义的可信计算平台的三大核心功能之一。

      远程证明是指向一个远程实体证明本地平台的完整性信息，又称为平台认证。在保证不泄露平台配置信息的前提下，如何使网络中的不同节点在交互前能够快速有效地判断对方平台的可信状态，是远程证明技术的关键所在。在可信网络连接中，远程证明分为两种，即平台身份证明（认证）和平台完整性证明（验证）。

平台身份证明

     针对平台身份的证明（Attestation of Identity）作为建立平台间信任的基础，其作用是向远程验证方证明可信计算平台（终端）的身份。平台身份证明本质上就是证明平台嵌入有合法的 TPM。一个平台是否可被信任要看其是否有与平台相关的证书来证明。背书证书就是平台相关证书的一种，不同的 TPM 都拥有出厂时绑定的不同的背书密钥 EK，依靠 EK 来唯一地标识TPM。 

      不过，如果直接通过 EK 来完成所有的平台身份证明，那么平台的隐私性就得不到保障。如何实现可信平台终端 的远程身份证明而又不泄露自身的隐私呢？匿名认证技术为解决此问题提供了很好的途径。具体与多方安全协议中不经意传输、点积协议等有关。TCG 标准采用隐私认证中心（Privacy CA，PCA）和直接匿名证明（Direct Anonymous Attestation，DAA）这两种匿名身份证明机制来解决平台身份证明的隐私保护问题

平台完整性证明

       平台完整性证明又称为对平台的证明（Attestation of Platform），完成的是对平台配置信息的证明，即利用可信报告根的报告机制，对外报告计算平台配置寄存器中的完整性度量值。在 TCG 标准给出的证明流程中，TPM 使用其中保存的 RSA 私钥对 PCR 值进行签名，然后与度量报告一起发送给验证方。验证方一方面使用相应的 RSA 公钥来获取 PCR 值，另一方面利用度量报告重新计算 PCR 值，然后对二者进行比较，根据比较结果来判别计算平台（终端）的完整性是否被破坏。 

TCG 远程证明的不足及发展方向

主要不足

1. TCG 标准给出的证明方案主要是完成平台静态状态的远程证明，无法实现平台状态动态的远程证明。

2. 该方案对复杂多变的计算环境的适应性不足，在很大程度上限制了可信计算在分布式计算环境中的应用，需要采用多种安全机制来保护和标识软件运行环境。

3. 即便某些组件对于评估可信性并无直接影响，远程证明也需要度量所有的组件，导致效率不高。

4. 证明过程本身亦缺乏有效的安全保护，很可能导致证明结果的不可信。

发展方向

       为了解决上述问题，又出现了跨域匿名证明模型（实现多个信任域之间的相互匿名通信）、基于属性的远程证明协议以及无证书的跨域可信接入认证协议等新的解决方案。在云计算领域，可采用基于组件属性和系统行为的证明模型等。

中国可信连接架构 TCA

      中国根据自身国情以及可信计算研究和应用的实际情况，参考 TNC 规范和技术路线并进行了一系列适用性和实用性改进，提出了可信连接架构（Trusted Connection Architecture，TCA）。

       TCA 中存在 3 个实体：访问请求者（Access Requestor，AR）、访问控制器（Policy Controller，PC）和策略管理器（Policy Manager，PM），分为完整性度量、可信平台评估层和网络访问控制层 3 个层次。

      TCA 采用了三元对等架构，将访问请求者和访问控制器作为对等实体，引入策略管理器作为可信第三方，以实现访问请求者和访问控制器的集中管理，网络访问控制层和可信平台评估层执行具有中国自主知识产权的三元对等鉴别协议，实现访问请求者和访问控制器之间的双向用户身份认证和双向平台可信性评估。该鉴别协议以策略管理器为可信第三方。

      因此，在TCA 中，访问请求者和访问控制器二者均具有控制连接的能力，这是 TCA 对 TNC 的重要改进，也是 TCA 与 TNC 显著的区别之一。可信第三方的引入简化了身份管理、策略管理、证书管理机制，同时保证了终端与网络的双向认证。此外，TCA 标准制定了统一完备的访问控制协议与接口支持。

      总体来说，TCA 克服了 TNC 的部分不足，特别是在安全性方面进行了改进，但它仍然具有与 TNC 类似的局限性，如在完整性验证、接入后安全保护、安全交互协议、应用支撑等方面还存在不少不足之处，仍然有较大的完善空间。 

      我国还制定了《信息安全技术—可信计算规范—可信连接架构》（GB/T 29828—2013），连同可信芯片、可信主板、可信软件等标准，构成了较为完整的中国可信计算规范标准体系。

     可以看出，在网络空间安全领域，可信计算的核心思想和应用实践都在不断地发展和进步。可信计算是一种共性网络空间安全技术，可以应用到包括传统网络、云计算环境、物联网等信息系统和网络空间中，可在网络空间由被动防御向主动防御的过程中发挥重要作用。

TNC 架构

      目前，可信网络连接架构主要包括三种：

• 微软的网络访问保护（Network Access Protection，NAP）

• 思科的网络准入控制（Network Admission Control，NAC）

•  TCG 的可信网络连接（Trusted Network Connect，TNC）

     NAP、NAC 和 TNC 架构都基于 C/S 模式，在传统网络连接的基础上增加了服务器对客户机的安全状态检查，以实现可信远程证明。

TNC 具有开放的通用架构。

图中所有实体和组件均为逻辑实体和组件，而非物理实体和组件。

其中，纵向分为三个逻辑实体：

• 访问请求者（AR）

• 策略执行点（PEP）

• 策略决定点（PDP）

      AR 发出访问请求，并收集平台完整性等度量信息，发送给 PDP，申请建立网络连接；PEP 负责执行策略决定点 PDP 的访问授权决策，控制对被保护网络的访问；策略决定点 PDP 根据特定的网络访问策略检查访问请求者的访问认证，判定依据为 AR 的身份以及 AR 的平台完整性信息，并根据允许/禁止/隔离三种决策结果决定是否授权访问。带名称的虚线代表组件间的接口（Interface，IF）。

访问请求者（AR）的结构功能表

策略决定点（PDP）的结构功能表

根据逻辑实体的功能与角色，TNC 架构横向可划分为三个抽象层次，自顶向下分别为：

• 完整性度量层

• 完整性评估层

• 网络访问层

      完整性度量层包括 IMC 和 IMV，用来收集、度量和分析设备完整性信息，IMC 负责收集与完整性相关的信息，IMV 则负责对该信息进行校验。

      完整性评估层包括 TNCC 和 TNCS，根据给定的访问策略实现 AR 的完整性评估，作为评价终端安全状态的依据。

      网络访问层包括 NAR、PEP 和 NAA，支持 802.1x、VPN 等传统的网络连接技术。

可信网络连接流程包括

0.  初始化

1.AR向PEP发送连接请求

2.PEP向PDP发送决策请求

3.认证成功通知TNC服务器

4.TNC服务器与TNC客户端平台身份认证

5.认证成功完整性收集齐返回消息给TNC客户端

6.TNC 客户端和 TNC 服务器相互交换跟平台完整性验证握手

7.TNC 服务器操作推荐信息发送给网络访问授权者

8.网络访问授权者生成网络访问决策，并发送给策略执行点以便实施。

TNC 的优缺点

优点

①良好的开放性。TNC 架构基于基础设施工作组（IWG）网络接入架构并与之完全兼容，采用 EAP、802.1x、VPN 等多种现有的标准与规范，易于将满足其他 IWG 架构的平台认证模型融入，可适应多种环境之需。同时，TNC 架构与 NAP、NAC 等其他可信网络连接架构实现了互操作。 

②较强的系统性。TCG 定义的一系列可信计算规范包括可信芯片、可信主板、可信软件栈以及完整性管理框架等，为 TNC 实现信任链扩展提供了基础支撑。同时，TCG 定义了一系列 TNC 架构规范，各接口协议也有详细定义，提供了具体的消息流程、XML 模式以及相关操作系统和编程语言的绑定。由此，TNC 架构既有信任链扩展支撑，又有自身接口协议规范与参考模型，易于指导 TNC 架构的产品开发和实现。 

③较高的安全性。一方面，传统网络接入控制多具有用户认证功能，而 TNC 架构在此基础上增加了对终端的平台认证，大大提升了网络接入的安全性。另一方面，TNC 架构设计也考虑了自身安全性问题，如 IF-T、IF-M 等接口协议都采取了相应的安全措施。 

缺点

①理论尚不成熟。TNC 架构的理论基础——可信计算理论本身尚不完善。例如，TNC 架构采用的基于完整性的二值远程证明方法自身存在局限，无法真正保证可信性；这种架构实现的是软件静态可信，无法实现动态可信确保。接口协议的安全措施亦需进一步完善。 

②单向平台认证存在应用局限性。TNC 主要关注的是网络接入的安全性，也就是说，它关注的是终端接入是否会对网络安全造成影响，而对网络是否对终端安全造成影响的关注不足。终端在接入网络之前，若要对接入网络进行可信性评估以期从网络中获取的服务可信，就会显著增加实现的复杂度，并导致性能降低。TNC 中 AR 并未实现对 PEP 和 PDP 的平台认证，因此无法验证 PEP 和 PDP（包括 PEP、NAA、TNCS 和 IMV 等）组件的信任链是否可信，从而判断 PEP 和 PDP 中组件的行为是否符合预期。此外，目前的技术实现仅能保证终端在网络连接过程中可信，并不能确保终端接入网络后可信。 

③可信网络连接自身的安全性保护尚需加强。可信网络中的实体还需要加强传统的外部安全保护措施，在可信网络连接内部也需要增加协议安全等措施。