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阿里云ECS云服务器构建SGX机密计算环境-云淘科技

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本文介绍如何在基于Intel® Software Guard Extensions（Intel® SGX）技术的ECS实例（下文简称为vSGX实例）中构建SGX机密计算环境，并演示如何运行示例代码以验证SGX功能。

前提条件

已创建并登录vSGX实例。

说明

目前仅g7t、c7t或r7t实例规格族支持SGX功能。更多信息，请参见实例规格族。

背景信息

Intel® SGX以硬件安全保障信息安全，不依赖固件和软件的安全状态，为用户提供物理级的机密计算环境。Intel® SGX通过新的指令集扩展与访问控制机制实现SGX程序的隔离运行，保障关键代码和数据的机密性与完整性不受恶意软件的破坏。不同于其他安全技术，Intel® SGX的可信根仅包括硬件，避免了基于软件的可信根可能自身存在安全漏洞的缺陷，极大地提升了系统安全保障。

阿里云安全增强型实例规格族g7t、c7t、r7t基于Intel® SGX技术提供机密内存，并支持虚拟机形态的SGX技术，您可以在vSGX实例中开发并运行SGX程序。

重要

如果您在Intel SGX Enclave中使用了与硬件相绑定的密钥加密数据（例如基于SGX Sealing），实例所在的宿主机发生变化后将导致无法解密对应数据。建议您在应用层做好数据冗余和备份，以保证应用的可靠性。

操作步骤

步骤一：检查SGX使能状态

构建SGX机密计算环境前，您可以通过cpuid检查SGX使能状态。本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像为例演示检查过程。

  1. 安装cpuid。

    sudo yum install -y cpuid

  2. 检查SGX使能状态。

    cpuid -1 -l 0x7 |grep SGX

    下图所示表示SGX已经被正确使能。阿里云ECS云服务器构建SGX机密计算环境-云淘科技

    说明

    SGX被正确使能后，运行SGX程序还需要SGX驱动。阿里云提供的专用镜像已经内置了SGX驱动，如果您没有使用专用镜像，请自行安装SGX驱动。

  3. 检查SGX驱动安装情况。

    ls -l /dev/{sgx_enclave,sgx_provision}

    下图所示表示已经安装SGX驱动。阿里云ECS云服务器构建SGX机密计算环境-云淘科技

步骤二：构建SGX机密计算环境

为开发SGX程序，您需要在vSGX实例上安装运行时（runtime）、SDK，并配置远程证明服务，建议您使用阿里云提供的专用镜像获得更好的使用体验。这些镜像已搭载SGX驱动，并提供完全兼容Intel® SGX SDK的阿里云TEE SDK。本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像为例演示构建过程，如果您使用Ubuntu、CentOS等Linux镜像，请参考Intel官方提供的Intel® SGX软件安装指南安装所需的驱动、PSW等。

  1. （条件必选）安装阿里云SGX运行时。

    说明

    如果您通过ECS管理控制台创建vSGX实例，会自动安装阿里云SGX运行时。您可以跳过本步骤，直接开始安装阿里云TEE SDK。

    1. （条件必选）使能阿里云exp源。

      说明

      如果您是Alibaba Cloud Linux 2镜像的vSGX实例，需要执行本操作。

      sudo rpmkeys --import http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/epel/RPM-GPG-KEY-EPEL-7 && \
sudo yum install -y alinux-release-experimentals

    2. 导入阿里云机密计算yum软件源。

      • 公网地址格式：https://enclave-[Region-ID].oss-[Region-ID].aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo。

      • VPC内网地址格式：https://enclave-[Region-ID].oss-[Region-ID]-internal.aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo。

      请将上述地址中的[Region-ID]替换为vSGX实例所在地域的ID。例如，华东1（杭州）地域中的VPC内网导入示例：

      sudo yum install -y yum-utils && \
sudo yum-config-manager --add-repo \
https://enclave-cn-hangzhou.oss-cn-hangzhou-internal.aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo

    3. 安装阿里云SGX运行时。

      sudo yum install -y libsgx-ae-le libsgx-ae-pce libsgx-ae-qe3 libsgx-ae-qve \
libsgx-aesm-ecdsa-plugin libsgx-aesm-launch-plugin libsgx-aesm-pce-plugin \
libsgx-aesm-quote-ex-plugin libsgx-dcap-default-qpl libsgx-dcap-ql \
libsgx-dcap-quote-verify libsgx-enclave-common libsgx-launch libsgx-pce-logic \
libsgx-qe3-logic libsgx-quote-ex libsgx-ra-network libsgx-ra-uefi \
libsgx-uae-service libsgx-urts sgx-ra-service sgx-aesm-service

      说明

      SGX AESM（Architectural Enclave Service Manager）负责管理启动Enclave、密钥配置、远程认证等服务，默认安装路径为/opt/intel/sgx-aesm-service。

  2. 安装阿里云TEE SDK。

    sudo yum install -y sgxsdk

    阿里云TEE SDK完全兼容Intel® SGX SDK，安装阿里云TEE SDK后，您可以使用Intel® SGX Developer Reference开发SGX程序。更多信息，请参见Intel® SGX Developer Reference。

    说明

    阿里云TEE SDK中包含的Intel® SGX SDK的默认安装目录为/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/。

  3. 配置阿里云SGX远程证明服务。

    阿里云SGX远程证明服务完全兼容Intel® SGX ECDSA远程证明服务和Intel® SGX SDK，因此阿里云vSGX实例能够通过远程证明来获得远程提供商或生产者的信任。更多信息，请参见Attestation & Provisioning Services。

    阿里云SGX远程证明服务为SGX SDK提供下列信息：

    • SGX certificates：SGX证书。

    • Revocation lists：已被撤销的SGX证书列表。

    • Trusted computing base information：可信根信息。

    说明

    Intel Ice Lake仅支持基于Intel SGX DCAP的远程证明方式，不支持基于Intel EPID的远程证明方式，您可能需要适配程序后才能正常使用远程证明功能。更多远程证明的信息，请参见attestation-service。

    阿里云SGX远程证明服务采用区域化部署，您可以访问vSGX实例所在地域的阿里云SGX远程证明服务来获得最佳的稳定性。安装阿里云TEE SDK后会自动生成远程证明服务的默认配置文件/etc/sgx_default_qcnl.conf，您需要修改该配置文件以适配vSGX实例所在地域的阿里云SGX远程证明服务，方法如下：

    说明

    目前阿里云SGX远程证明服务仅支持如下地域和可用区。

    支持的地域

    Region ID

    华北1（青岛）

    cn-qingdao

    华北2（北京）

    cn-beijing

    华北3（张家口）

    cn-zhangjiakou

    华北6（乌兰察布）

    cn-wulanchabu

    华东1（杭州）

    cn-hangzhou

    华东2（上海）

    cn-shanghai

    华南1（深圳）

    cn-shenzhen

    华南2（河源）

    cn-heyuan

    华南3（广州）

    cn-guangzhou

    西南1（成都）

    cn-chengdu

    中国（香港）

    cn-hongkong

    新加坡

    ap-southeast-1

    印度尼西亚（雅加达）

    ap-southeast-5

    • （推荐）方法一：自动化完成/etc/sgx_default_qcnl.conf文件的配置。

      执行如下命令，自动化完成/etc/sgx_default_qcnl.conf文件的配置。更多命令信息，请参见查看实例元数据。

      # 查看实例所在Region
token=$(curl -s -X PUT -H "X-aliyun-ecs-metadata-token-ttl-seconds: 5" "http://100.100.100.200/latest/api/token")
region_id=$(curl -s -H "X-aliyun-ecs-metadata-token: $token" http://100.100.100.200/latest/meta-data/region-id)

# 配置PCCS_URL指向实例所在Region的PCCS
PCCS_URL=https://sgx-dcap-server-vpc.${region_id}.aliyuncs.com/sgx/certification/v3/
sudo bash -c 'cat > /etc/sgx_default_qcnl.conf' << EOF
# PCCS server address
PCCS_URL=${PCCS_URL}
# To accept insecure HTTPS cert, set this option to FALSE
USE_SECURE_CERT=TRUE
EOF

    • 方法二：手动修改/etc/sgx_default_qcnl.conf配置文件。

      • 如果vSGX实例已分配公网IP，/etc/sgx_default_qcnl.conf文件的内容修改如下。其中，[Region-ID]需替换为vSGX实例所在地域的ID。

        # PCCS server address
PCCS_URL=https://sgx-dcap-server.[Region-ID].aliyuncs.com/sgx/certification/v3/
# To accept insecure HTTPS cert, set this option to FALSE
USE_SECURE_CERT=TRUE

      • 如果vSGX实例只有VPC内网IP，/etc/sgx_default_qcnl.conf文件的内容修改如下。其中，[Region-ID]需替换为vSGX实例所在地域的ID。

        # PCCS server address
PCCS_URL=https://sgx-dcap-server-vpc.[Region-ID].aliyuncs.com/sgx/certification/v3/
# To accept insecure HTTPS cert, set this option to FALSE
USE_SECURE_CERT=TRUE

验证SGX功能示例

示例一：启动Enclave

阿里云TEE SDK中提供了SGX示例代码用于验证SGX功能，默认位于/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode目录下。

本节演示其中的启动Enclave示例（SampleEnclave），效果为启动一个Enclave，以验证是否可以正常使用安装的SGX SDK。

  1. 安装编译工具。

    • 如果为Alibaba Cloud Linux 2 UEFI镜像，安装devtoolset。

      1. 安装devtoolset。

        sudo yum install -y devtoolset-9

      2. 设置devtoolset相关的环境变量。

        source /opt/rh/devtoolset-9/enable

    • 如果为Alibaba Cloud Linux 3 UEFI镜像，安装Development Tools。

      sudo yum groupinstall -y "Development Tools"

  2. 设置SGX SDK相关的环境变量。

    source /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/environment

  3. 编译示例代码SampleEnclave。

    1. 进入SampleEnclave目录。

      cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/SampleEnclave

    2. 编译SampleEnclave。

      sudo make

  4. 运行编译出的可执行文件。

    sudo ./app

示例二：SGX远程证明

阿里云TEE SDK中提供了SGX示例代码用于验证SGX功能，默认位于/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode目录下。

本节演示其中的SGX远程证明示例（QuoteGenerationSample、QuoteVerificationSample），效果为生成和验证Quote。该示例涉及被挑战方（在vSGX实例中运行的SGX程序）和挑战方（希望验证SGX程序是否可信的一方），其中QuoteGenerationSample为被挑战方生成Quote的示例代码，QuoteVerificationSample为挑战方验证Quote的示例代码。

  1. 安装编译工具。

    • 如果为Alibaba Cloud Linux 2 UEFI镜像，安装devtoolset。

      1. 安装devtoolset。

        sudo yum install -y devtoolset-9

      2. 设置devtoolset相关的环境变量。

        source /opt/rh/devtoolset-9/enable

    • 如果为Alibaba Cloud Linux 3 UEFI镜像，安装Development Tools。

      sudo yum groupinstall -y "Development Tools"

  2. 设置SGX SDK相关的环境变量。

    source /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/environment

  3. 安装SGX远程证明依赖的包。

    sudo yum install -y libsgx-dcap-ql-devel libsgx-dcap-quote-verify-devel

  4. 编译被挑战方示例代码QuoteGenerationSample。

    1. 进入QuoteGenerationSample目录。

      cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/QuoteGenerationSample

    2. 编译QuoteGenerationSample。

      sudo make

  5. 运行编译出的可执行文件生成Quote。

    sudo ./app

  6. 编译挑战方示例代码QuoteVerificationSample。

    1. 进入QuoteVerificationSample目录。

      cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/QuoteVerificationSample

    2. 编译QuoteVerificationSample。

      sudo make

  7. 对QuoteVerificationSample Enclave进行签名。

    发布对外的正式版Enclave时，您需要提供签名密钥进行签名操作。

    sudo sgx_sign sign -key Enclave/Enclave_private_sample.pem -enclave enclave.so -out enclave.signed.so -config Enclave/Enclave.config.xml

  8. 运行编译出的可执行文件验证Quote。

    sudo ./app

更新SGX SDK、PSW及DCAP软件包

Intel® SGX的软件栈主要包括SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP，阿里云建议您定期更新软件版本以提供最佳的安全性。

  1. 执行如下命令，升级SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP相关软件包。

    sudo rpm -qa --qf "%{NAME}
"|grep -E "sgxsdk|libsgx-|libtdx-|^sgx-|^tdx-"|xargs bash -c '</dev/tty yum update "$@"' _

  2. 查看SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP软件版本。

    1. 查看SGX SDK、SGX PSW软件版本。

      sudo rpm -qa|grep -E "sgxsdk|sgx-aesm-service|libsgx-(ae-epid|ae-le|ae-pce|aesm|enclave|epid|headers|launch|quote-ex|uae-service|urts)"

      系统显示类似如下图所示。阿里云ECS云服务器构建SGX机密计算环境-云淘科技

    2. 查看SGX DCAP软件版本。

      sudo rpm -qa|grep -E "sgx-(dcap-pccs|pck|ra-service)|libsgx-(ae-id-enclave|ae-qe3|ae-qve|ae-tdqe|dcap|pce-logic|qe3-logic|ra-|tdx-)|libtdx-|^tdx-"

      系统显示类似如下图所示。阿里云ECS云服务器构建SGX机密计算环境-云淘科技

已知问题

Alibaba Cloud Linux 2在内核版本4.19.91-23.al7.x86_64中所包含的SGX驱动在特定情况下存在内存泄露问题，该问题已在最新版本中修复，建议您更新到最新内核版本解决该问题。如果您需要继续使用该内核版本，建议安装补丁规避此问题，安装命令如下。

sudo yum install -y alinux-release-experimentals && \
sudo yum install -y kernel-hotfix-5577959-23.al7.x86_64

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    阿里云服务器 2023年12月9日

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