本文關(guān)鍵詞： 虛擬機(jī)自省技術(shù) 虛擬機(jī) 系統(tǒng)安全　出處：《南京大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：隨著云計(jì)算的普及,越來(lái)越多的服務(wù)器使用了虛擬化技術(shù)。云平臺(tái)服務(wù)商的數(shù)據(jù)中心通過(guò)使用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了彈性計(jì)算,不同的用戶或者任務(wù)可以共享物理資源,如CPU和硬盤(pán)。許多企業(yè)也將服務(wù)遷移到了服務(wù)商提供的云平臺(tái)上。這使得云平臺(tái)的安全得到了廣泛的關(guān)注。作為云平臺(tái)的基石之一,虛擬化也為安全領(lǐng)域帶來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)。為了解決如何在云平臺(tái)上對(duì)客戶機(jī)進(jìn)行監(jiān)控與進(jìn)行安全防護(hù)的需要,研究人員提出了虛擬機(jī)自省技術(shù)。虛擬機(jī)自省技術(shù)可以幫助自省工具從客戶機(jī)外部來(lái)監(jiān)控客戶機(jī)的狀態(tài),并做出安全決策。實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)自省技術(shù)的一個(gè)主要問(wèn)題是如何解決語(yǔ)義鴻溝問(wèn)題。語(yǔ)義鴻溝是指如何將虛擬機(jī)監(jiān)控器能夠訪問(wèn)的客戶機(jī)底層信息,如內(nèi)存數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)化為安全工具所需的高層語(yǔ)義信息,如進(jìn)程控制塊。安全工具需要高層的語(yǔ)義信息來(lái)進(jìn)行安全決策,如遍歷客戶機(jī)中的進(jìn)程來(lái)檢測(cè)異常進(jìn)程。虛擬機(jī)自省技術(shù)可以應(yīng)用于云平臺(tái)相關(guān)的安全領(lǐng)域中的許多問(wèn)題,如惡意軟件分析和內(nèi)存取證等等。目前已有的虛擬機(jī)自省技術(shù)有著比較高的性能開(kāi)銷,并且要求用戶為不同的客戶機(jī)操作系統(tǒng)版本定制出不同的自省工具。這樣的虛擬機(jī)自省技術(shù)缺乏通用性和實(shí)用性。本文提出了一種新的虛擬機(jī)自省技術(shù),ShadowContexto ShadowContext是一種接近實(shí)時(shí)的,無(wú)需人工干預(yù)的自省技術(shù)。ShadowContext能夠滿足將自省技術(shù)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用的三個(gè)重要條件：低性能開(kāi)銷,通用性與自動(dòng)化。而目前的虛擬機(jī)自省技術(shù)都無(wú)法在這三個(gè)條件上完全滿足要求。相對(duì)于其他已有的自省技術(shù),ShadowContext有兩個(gè)主要優(yōu)勢(shì)：(1) ShadowContext有著明顯較低的性能開(kāi)銷。因此,ShadowContext能夠?qū)崿F(xiàn)接近實(shí)時(shí)的自省技術(shù)。(2)通過(guò)允許一個(gè)自省工具對(duì)多個(gè)不同的客戶機(jī)操作系統(tǒng)版本進(jìn)行監(jiān)控,ShadowContext能夠大大地提高自省工具的實(shí)用性。這些優(yōu)勢(shì)都來(lái)自于一個(gè)新的概念,“影子上下文”。在影子上下文中,自省工具能夠復(fù)用客戶機(jī)中的系統(tǒng)調(diào)用代碼來(lái)解決語(yǔ)義鴻溝問(wèn)題�？蛻魴C(jī)中的系統(tǒng)調(diào)用代碼會(huì)自動(dòng)地將底層信息轉(zhuǎn)化為有用的高層語(yǔ)義信息。除此之外,ShadowContext具有良好的安全性,能夠防御許多實(shí)際存在的惡意攻擊。我們?cè)O(shè)計(jì),并且實(shí)現(xiàn)了一個(gè)ShadowContext的原型系統(tǒng)。我們也對(duì)ShadowContext進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)估。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,ShadowContext平均帶來(lái)的性能開(kāi)銷為75%,并且其初始化空殼進(jìn)程的時(shí)間的中位數(shù)為0.117毫秒。并且在ShadowContext上運(yùn)行的自省工具可以同時(shí)對(duì)多個(gè)客戶機(jī)進(jìn)行監(jiān)控。ShadowContext對(duì)于自省工具和客戶機(jī)來(lái)說(shuō)是完全透明的。
[Abstract]:With the popularity of cloud computing, more and more servers are using virtualization technology. Cloud platform service providers' data centers use virtualization technology to achieve flexible computing, and different users or tasks can share physical resources. For example, CPU and hard disk. Many enterprises have also migrated their services to the cloud platform provided by service providers. This has made the security of cloud platform receive wide attention. As one of the cornerstones of cloud platform, Virtualization also brings new opportunities and challenges to the security field. Researchers have proposed virtual machine introspection, which can help introspection tools monitor client state from outside. One of the main problems in realizing virtual machine introspection technology is how to solve the semantic gap problem. Semantic divide refers to how to access the client underlying information, such as memory data, which the virtual machine monitor can access. Security tools need high-level semantic information, such as process control blocks. Security tools need high-level semantic information to make security decisions. Such as traversing processes in the client to detect abnormal processes. Virtual machine introspection can be applied to many problems in the cloud platform-related security realm, Such as malware analysis and memory forensics, etc. The existing virtual machine introspection technology has a relatively high performance overhead, And users are required to customize different introspection tools for different client operating system versions. This kind of virtual machine introspection technology lacks versatility and practicability. In this paper, a new virtual machine introspection technology, Shadow Contexto ShadowContext, is proposed, which is nearly real-time. The introspection technique. ShadowContext, which does not require human intervention, can satisfy three important conditions for the practical use of the introspection technique: low performance overhead, Generality and automation. The current introspection technology of virtual machine can not fully meet the requirements of these three conditions. Compared with other existing introspection technology, ShadowContext has two main advantages: 1) ShadowContext has significantly lower performance overhead. So ShadowContext can achieve near-real-time introspection technology. 2) by allowing a single introspection tool to monitor multiple versions of the client operating system, ShadowContext can greatly improve the utility of the introspection tool. In a new concept, "shadow context." in shadow context, The introspection tool can reuse the system call code in the client to solve the semantic gap problem. The system call code in the client automatically converts the underlying information into useful high-level semantic information. Can defend against many actual malicious attacks. We design, A prototype system of ShadowContext is implemented. We also evaluate ShadowContext systematically. The experimental data show that the average performance cost of ShadowContext is 755.The median time to initialize the empty shell process is 0.117 milliseconds. The introspection tool running on ShadowContext can monitor multiple clients simultaneously. ShadowContext is completely transparent to both the introspection tool and the client.
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP302

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本文編號(hào)：1514024