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2008-03-19 第2回セキュアVMシンポジウム

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Takahiro Shinagawa
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２００８年３月１９日（水） 第２回セキュアＶＭシンポジウム 筑波大学 講師 品川高廣
? １．セキュアＶＭとは（ユーザ向け） ? 目的，利用例，脅威モデル ? ２．VMMアーキテクチャ概要 ? 設計方針，基本アーキテクチャ ? ３．ＶＭＭアーキテクチャ詳細（開発者向け） ? CPU, メモリ，デバイスの扱い 2007/7/19 2
１．セキュアVMとは 2007/7/19 3
? 「セキュア」＋「ＶＭ（仮想マシン）」 ? 仮想的にセキュアなマシン環境を提供する オペレーティングシステム 仮想マシン（Virtual Machine） 仮想マシンモニタ（VMM） セキュリティ機能 物理マシン（Physical Machine） ハードウェア 2007/7/19 4
? 情報漏洩の防止（Confidentiality） ? PC?USBメモリの紛失?盗難 ? インターネットへの情報漏洩 ? ウィルスやファイル交換ソフトなど ? 情報漏洩事件の多発が背景 ? 月平均「２０件以上」発生※ ? ２００７年１０月～１２月だけで「68件」 ? 官公庁，教育機関，病院，銀行，… ? エンドユーザからの情報漏洩が多い ※Security NEXT 「個人情報漏洩事件一覧」より算出 2007/7/19 5
? 強力なセキュリティの実現 ? たとえＯＳが脆弱性でも大丈夫 ? セキュリティの強制 ? 勝手にセキュリティを無効に出来ないようにする ? 「ユーザ任せのセキュリティはやめたい」 （山口内閣官房情報セキュリティ補佐官談） 基盤となるコンピュータそのものをセキュアにしたい 2007/7/19 6
? ストレージ管理 ゲストＯＳ ? HDD?USBメモリの暗号化 ? ネットワーク管理 ＶＭＭ ? IPSecでVPN接続 ストレージ管理 ID 管理 ネットワーク管理 認証 暗号化 VPN 鍵管理 ? ID管理 ? ICカードで認証?鍵管理 VMMコア CPU?デバイス仮想化，アクセス制御 ? ＶＭＭコア ハードウェア ? ＣＰＵ?デバイスの仮想化 ? アクセス制御 2007/7/19 7
? ログイン VPN サーバ ? ICカードを挿入する ? PIN番号を入れる ? システムの起動 PIN: **** ? 暗号化が解除される ? VPNが接続される ? OSが起動する ? ログアウト カード IC Card IC Card ? OSを停止する リーダ ? ICカードを抜く 2007/7/19 8
? ＰＣやメディアの紛失?盗難 ? HDDやUSBメモリはVMMで強制的に暗号化 ? 暗号鍵はICカードに格納 ? ネットワーク経由での情報漏洩 ? ＶＰＮにより接続先がVMMで強制される ? ネットワーク通信は自動的に暗号化される 2007/7/19 9
? 内部犯行 ? ICカードを持ったユーザによるハード的攻撃 ? 例：HDDを物理的の取り出してICカードの鍵で復号する ? 間接的手段 ? 画面を撮影する ? 音声にデータを乗せて取り出す ? 隠れチャネル 2007/7/19 10
? 情報漏洩の防止 ? ストレージの暗号化 ? ネットワークの認証?暗号化 ? ＩＣカードによるユーザ認証?鍵管理 ? ＶＭによるセキュリティの強制 ? ＯＳに依存しない ? ユーザに依存しない 2007/7/19 11
２．VMMアーキテクチャ概要 2007/7/19 12
? 新規開発 v.s. 既存ＶＭＭの改良 ? Xen, QEMU など既存ＶＭＭを流用するか否か ? 完全仮想化 v.s. 準仮想化 ? ゲスト翱厂に手を入れるか否か ? TypeⅠ v.s. TypeⅡ ? ホストOSを使うか否か 2007/7/19 13
? WindowsXPが動作すること ? ゲスト翱厂に手を入れることは難しい ? ?「完全仮想化」が必要 ? 実運用を視野に入れること ? 政府機関での使用，オープンソース公開 ? ?それなりの性能?完成度が必要 ? 開発期間?コストは限定的である ? 約２年半弱，数億円 ? ?大がかりなシステムは作れない 2007/7/19 14
? VMM自身がセキュアである ? ?VMMを出来るだけ小さくシンプルにすべき ? デスクトップ環境を想定する ? ?サーバ統合のようなことはしなくてよい ? 対応デバイスは限定してよい ? オフィス環境で必要なもののみ ? 入札などで仕様を指定可能 ? ?独自のＶＭＭを作ることが可能 2007/7/19 15
? 独自ＶＭＭを作成する ? VMMを小さくシンプルに ? TypeⅠのVMM ? 短期間?低コストでの実現 ? 実運用に耐えうる性能?完成度 ? 「完全仮想化」する ? デスクトップ用途 2007/7/19 16
? 基本はパススルー ゲストＯＳ ? デバイスを仮想化しない デバイスドライバ デバイスドライバ デバイスドライバ ? ゲストＯＳがデバイスを直接制御 VMM ? 必要最小限の監視?変換 準パススルー 制御I/O データI/O ? 制御I/Oの監視 アクセス制御 暗号化 ? デバイスの状態把握 ? VMMに対するアクセス制御 ? データI/Oの変換 ハード ? ストレージ?ネットワーク暗号化 デバイス デバイス デバイス 2007/7/19 17
? セキュリティ向上 ? VMMを小さくできる ? VMM自身の安全性が向上する（検証が容易） ? 性能?完成度 ? 仮想化のオーバーヘッドを大幅に削減できる ? ゲストＯＳのデバイスドライバを活用できる ? 開発コストの削減 ? ０からの開発が現実的なコストで可能になる ? デバイスドライバの数を限定できる 2007/7/19 18
? 複数ゲストＯＳは同時に稼働しない ? デスクトップ環境だから許容される ? Windowsがセキュアな環境で動作すればよい ? 将来的には対応できなくはない ? 方法１：ハードウェアサポートを期待する ? PCI SIGでIOV(I/O Virtualization)が策定中 ? 方法2：エミュレーション層を追加開発する ? 対応するマシン環境が限定される ? 現状では許容されている ? 今後の展開に期待？ 2007/7/19 19
TypeⅡ型（VMWare Workstation等） Para virtualization型（Xen） ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 Domain 0 (VMM) VMM 仮想デバイス ゲスト ゲスト 仮想デバイス 仮想デバイス OS OS 複数ゲスト管理 複数ゲスト管理 ドライバ ホストOS ドライバ Hypervisor TypeⅠ型（VMWare Server等） 準パススルー型（BitVisor） ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 VMM 仮想デバイス 仮想デバイス VMM 複数ゲスト管理 セキュリティ機能 ドライバ 準パススルードライバ 2007/7/19 20
ゲスト翱厂 ATAデバイスドライバ USBデバイスドライバ NICデバイスドライバ ID管理 ストレージ暗号化 PKCS#11 IKEv1 IPSec カプセル化 ATA USB マス PC/SC ストレージ ストレージ VMM クラス クラス CCID UDP/IP ATAプロトコル USB多重化レイヤ NIC多重化レイヤ ATAデバイスドライバ USBデバイスドライバ NICデバイスドライバ VMMコア ハードウェア ATAホストコントローラ USBホストコントローラ NIC 2007/7/19 21
? 準パススルー型アーキテクチャ ? 可能な限りパススルー ? 最小限必要なデバイスだけ監視?変換 ? 独自VMMを０から作成 ? TypeⅠ型（ホストOSは使用しない） ? 「完全仮想化」方式 ? ゲスト翱厂は改変しない 2007/7/19 22
３．VMMアーキテクチャ詳細 2007/7/19 23
? ＣＰＵの仮想化 ? メモリの仮想化 ? デバイスの仮想化 2007/7/19 24
? Intel VT 機能を利用 ? VMX non-root モードと VMX root モード ? VMCS(Virtual Machine Control Structure)領域 ? レジスタの状態などを保存するためのメモリ領域（4KB） VMX non-rootモード VMX rootモード リング３ ゲストアプリ リング２ リング１ リング０ ゲストカーネル ＶＭＭ VMEnter/VMExit VMCS領域 Guest-state VM-entry control VM-execution control Host-State VM-exit control VM-exit information 2007/7/19 25
? I/O命令の一部 ? ATA, USB, NIC関連 IN, INS, OUT, OUTS MOV CRx 特権命令の一部 CPUID ? RDMSR WRMSR ? 制御レジスタへの読み書きなど INVLPG Exceptions NMI External Interrupts ? 割り込み?例外 Interrupt window INIT Signals ? ページフォルト関係など Start-up IPIs ? SMP関連 2007/7/19 26
? リアルモード対応 ? 仮想8086＋命令エミュレーションで対応 ? モード切替時，INS/OUTS命令，MMIO等でも利用 ? メモリ管理 ? EPT(Extended Page Table)はまだない 2007/7/19 27
? 基本的にはアドレス変換しない ? ゲスト物理アドレス＝マシン物理アドレス ? ＶＭＭは後端(<4GB)に常駐する ? 現在のサイズは32MB ? BIOSコール（e820h）をごまかしてreserved領域に 仮想アドレス空間 ゲスト物理アドレス空間 マシン物理アドレス空間 4GB Reserved 4GB Reserved Reserved VMM Reserved BIOSフック等 0 0 2007/7/19 28
? ゲスト翱厂のシャドウ（コピー）をＶＭＭで保持 ? ＶＭＭ領域の保護 ? ページングオフ時の対応 ＶＭＭ ゲストＯＳ ゲストCR3 CR3 PD PT CR3 PD PT PT PT PT ページフォルト時に更新 PT シャドウページテーブル ゲストページテーブル 2007/7/19 29
? I/O命令（IN, OUTなど） ? VTの機能によりVMMで捕捉 ? I/Oポートアドレス単位でビットマップで指定 ? 制御I/Oの監視，データI/Oの変換 ? MMIO ? シャドウページングにより捕捉 ? DMA ? VT-dによるアクセス制御 ? シャドウDMAディスクリプタ 2007/7/19 30
? ＤＭＡディスクリプタのシャドウを作る ? データだけＶＭＭで横取りする ? 制御はゲストＯＳにさせる シャドウDMAディスクリプタ バッファアドレス バイト数 ステータス 0xF0004000 16384 OK ホストコントローラ VMMの領域 ベースアドレスレジスタ + DMAディスクリプタ インデックス バッファアドレス バイト数 ステータス 0x08086000 4096 OK 0x04004000 8192 OK 0x00386000 4096 Ready 2007/7/19 31
物理メモリ シャドウDMAディスクリプタ VMM ベースアドレス バイト数 0xF0004000 16384 VMMによる暗号化/復号化＋コピー DMAディスクリプタ ベースアドレス バイト数 ゲスト翱厂 0x08086000 4096 0x04004000 8192 0x00386000 4096 2007/7/19 32
? ＶＭＭから一部のデバイスを使う必要がある ? USB（ICカードリーダ），NIC（IKEプロトコル） ? シャドウＤＭＡディスクリプタの拡張で対応 シャドウDMAディスクリプタ バッファアドレス バイト数 ステータス エントリ の挿入 0xF0004000 4096 OK ホストコントローラ 0xF0010000 8192 OK ベースアドレスレジスタ + DMAディスクリプタ インデックス バッファアドレス バイト数 ステータス 0x08086000 4096 OK 0x04004000 8192 OK 0x00386000 4096 Ready 2007/7/19 33
? 比較的シンプルな構造 ? PRD(Physical Region Descriptor)のテーブルをメモリ上に保持 ? テーブルへのアドレスをレジスタに指定 ? Start Bit に 1 を書き込むとDMA転送開始 Physical Region Descriptor Table Bus Master IDE Controller Memory Region Physical Base Address[31:1] 0 EOT reserved Byte Count[15:1] 0 オフセット 機能 … 0 00h Command Register … … … 0 02h Status Register 04h-07h PRD Table Address 1 2007/7/19 34
? 時間枠(1024ms)単位の転送 ? 1024エントリ×4Byte=1ページのフレームリスト ? TD(Transfer Descriptor)のリンクリスト TD (Transfer Descriptor) LinkPointer USB ホストコントローラ (UHCI) Status MaxLen Device PID カウンタ Base Index 00 Buffer Pointer オフセット 機能 Frame List 00h-01h Command Isochronous Interrupt/Bulk/Control Frame Pointer Q T 02h-03h Status … TD TD QH QH 04h-05h Interrupt Enable Frame Pointer Q T TD TD TD TD 06h-07h Frame Number Frame Pointer Q T 08h-0Bh Frame List Base Address Frame Pointer Q T TD TD TD TD 2007/7/19 35
? ディスクリプタのリング構造 ? Tail ポインタをドライバソフトウェアで更新する ? Head ポインタをホストコントローラが更新して追いか ける ? Tail に追いつくと自動的に停止する Transmit Descriptor Ring Structure NIC (Intel PCIe* GbE Controllers) Base Buffer Address … Status Len オフセット 機能 Head 03800h Descriptor Base Low ハードウェアが管理 03804h Descriptor Base High 03808h Descriptor Length Tail 03810h Descriptor Head 循環 Base+Length バッファ 03818h Descriptor Tail 2007/7/19 36
? LVMM（Intel vPro） ? クライアント端末のリモート管理が目的 ? ネットワークのみ仮想化し，残りはパススルー ? VMが２つある(User Partition と Service Partition) ? SecVisor [SOSP ‘07] ? Linux カーネルの改竄防止 ? W＋Xページ，不正なカーネルモジュール防止 ? ＶＭは１つ，デバイスは完全パススルー 2007/7/19 37
? 平成19年度 ? VMMコア ? ATAドライバ（IDE） ? 平成20年度 ? USBドライバ（UHCI:USB1.1） ? USBドライバ（EHCI:USB2.0） ? ATAドライバ（ATAPI）（AHCI未定） ? NICドライバ（Intel PRO1000系） ? ID管理 ? VPN管理 ? 未対応デバイス ? IEEE 1394 ? 無線LAN ? プリンタ/スキャナ 2007/7/19 38
? セキュアＶＭの概要 ? ストレージ暗号化 ? ネットワーク暗号化 ? ICカードによる認証?鍵管理 ? 準パススルー型ＶＭＭの紹介 ? 可能な限りパススルー ? 必要最小限のアクセスだけＶＭＭで捕捉 ? 準パススルー型の実装概要 ? Intel VT機能を活用 ? シャドウページテーブル ? シャドウDMAディスクリプタ 2007/7/19 39
? 準パススルー型 ? TypeⅠ型 VMM（Hypervisor型） ? 64bit 対応（ゲスト翱厂は32bitのみ） ? PAE対応 ? マルチコア?マルチプロセッサ対応 ? WindowsXP/Vista, Linux が動作 ? コード行数約20,000行（コアのみ） 2007/7/19 40
本日ソースコード公开 BitVisor 0.2 （α版） http://www.securevm.org/ 2007/7/19 41

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  • 4. ? 「セキュア」＋「ＶＭ（仮想マシン）」 ? 仮想的にセキュアなマシン環境を提供する オペレーティングシステム 仮想マシン（Virtual Machine） 仮想マシンモニタ（VMM） セキュリティ機能 物理マシン（Physical Machine） ハードウェア 2007/7/19 4
  • 5. ? 情報漏洩の防止（Confidentiality） ? PC?USBメモリの紛失?盗難 ? インターネットへの情報漏洩 ? ウィルスやファイル交換ソフトなど ? 情報漏洩事件の多発が背景 ? 月平均「２０件以上」発生※ ? ２００７年１０月～１２月だけで「68件」 ? 官公庁，教育機関，病院，銀行，… ? エンドユーザからの情報漏洩が多い ※Security NEXT 「個人情報漏洩事件一覧」より算出 2007/7/19 5
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  • 7. ? ストレージ管理 ゲストＯＳ ? HDD?USBメモリの暗号化 ? ネットワーク管理 ＶＭＭ ? IPSecでVPN接続 ストレージ管理 ID 管理 ネットワーク管理 認証 暗号化 VPN 鍵管理 ? ID管理 ? ICカードで認証?鍵管理 VMMコア CPU?デバイス仮想化，アクセス制御 ? ＶＭＭコア ハードウェア ? ＣＰＵ?デバイスの仮想化 ? アクセス制御 2007/7/19 7
  • 8. ? ログイン VPN サーバ ? ICカードを挿入する ? PIN番号を入れる ? システムの起動 PIN: **** ? 暗号化が解除される ? VPNが接続される ? OSが起動する ? ログアウト カード IC Card IC Card ? OSを停止する リーダ ? ICカードを抜く 2007/7/19 8
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  • 10. ? 内部犯行 ? ICカードを持ったユーザによるハード的攻撃 ? 例：HDDを物理的の取り出してICカードの鍵で復号する ? 間接的手段 ? 画面を撮影する ? 音声にデータを乗せて取り出す ? 隠れチャネル 2007/7/19 10
  • 11. ? 情報漏洩の防止 ? ストレージの暗号化 ? ネットワークの認証?暗号化 ? ＩＣカードによるユーザ認証?鍵管理 ? ＶＭによるセキュリティの強制 ? ＯＳに依存しない ? ユーザに依存しない 2007/7/19 11
  • 13. ? 新規開発 v.s. 既存ＶＭＭの改良 ? Xen, QEMU など既存ＶＭＭを流用するか否か ? 完全仮想化 v.s. 準仮想化 ? ゲスト翱厂に手を入れるか否か ? TypeⅠ v.s. TypeⅡ ? ホストOSを使うか否か 2007/7/19 13
  • 14. ? WindowsXPが動作すること ? ゲスト翱厂に手を入れることは難しい ? ?「完全仮想化」が必要 ? 実運用を視野に入れること ? 政府機関での使用，オープンソース公開 ? ?それなりの性能?完成度が必要 ? 開発期間?コストは限定的である ? 約２年半弱，数億円 ? ?大がかりなシステムは作れない 2007/7/19 14
  • 15. ? VMM自身がセキュアである ? ?VMMを出来るだけ小さくシンプルにすべき ? デスクトップ環境を想定する ? ?サーバ統合のようなことはしなくてよい ? 対応デバイスは限定してよい ? オフィス環境で必要なもののみ ? 入札などで仕様を指定可能 ? ?独自のＶＭＭを作ることが可能 2007/7/19 15
  • 16. ? 独自ＶＭＭを作成する ? VMMを小さくシンプルに ? TypeⅠのVMM ? 短期間?低コストでの実現 ? 実運用に耐えうる性能?完成度 ? 「完全仮想化」する ? デスクトップ用途 2007/7/19 16
  • 17. ? 基本はパススルー ゲストＯＳ ? デバイスを仮想化しない デバイスドライバ デバイスドライバ デバイスドライバ ? ゲストＯＳがデバイスを直接制御 VMM ? 必要最小限の監視?変換 準パススルー 制御I/O データI/O ? 制御I/Oの監視 アクセス制御 暗号化 ? デバイスの状態把握 ? VMMに対するアクセス制御 ? データI/Oの変換 ハード ? ストレージ?ネットワーク暗号化 デバイス デバイス デバイス 2007/7/19 17
  • 18. ? セキュリティ向上 ? VMMを小さくできる ? VMM自身の安全性が向上する（検証が容易） ? 性能?完成度 ? 仮想化のオーバーヘッドを大幅に削減できる ? ゲストＯＳのデバイスドライバを活用できる ? 開発コストの削減 ? ０からの開発が現実的なコストで可能になる ? デバイスドライバの数を限定できる 2007/7/19 18
  • 19. ? 複数ゲストＯＳは同時に稼働しない ? デスクトップ環境だから許容される ? Windowsがセキュアな環境で動作すればよい ? 将来的には対応できなくはない ? 方法１：ハードウェアサポートを期待する ? PCI SIGでIOV(I/O Virtualization)が策定中 ? 方法2：エミュレーション層を追加開発する ? 対応するマシン環境が限定される ? 現状では許容されている ? 今後の展開に期待？ 2007/7/19 19
  • 20. TypeⅡ型（VMWare Workstation等） Para virtualization型（Xen） ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 Domain 0 (VMM) VMM 仮想デバイス ゲスト ゲスト 仮想デバイス 仮想デバイス OS OS 複数ゲスト管理 複数ゲスト管理 ドライバ ホストOS ドライバ Hypervisor TypeⅠ型（VMWare Server等） 準パススルー型（BitVisor） ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 ゲスト翱厂 VMM 仮想デバイス 仮想デバイス VMM 複数ゲスト管理 セキュリティ機能 ドライバ 準パススルードライバ 2007/7/19 20
  • 21. ゲスト翱厂 ATAデバイスドライバ USBデバイスドライバ NICデバイスドライバ ID管理 ストレージ暗号化 PKCS#11 IKEv1 IPSec カプセル化 ATA USB マス PC/SC ストレージ ストレージ VMM クラス クラス CCID UDP/IP ATAプロトコル USB多重化レイヤ NIC多重化レイヤ ATAデバイスドライバ USBデバイスドライバ NICデバイスドライバ VMMコア ハードウェア ATAホストコントローラ USBホストコントローラ NIC 2007/7/19 21
  • 22. ? 準パススルー型アーキテクチャ ? 可能な限りパススルー ? 最小限必要なデバイスだけ監視?変換 ? 独自VMMを０から作成 ? TypeⅠ型（ホストOSは使用しない） ? 「完全仮想化」方式 ? ゲスト翱厂は改変しない 2007/7/19 22
  • 24. ? ＣＰＵの仮想化 ? メモリの仮想化 ? デバイスの仮想化 2007/7/19 24
  • 25. ? Intel VT 機能を利用 ? VMX non-root モードと VMX root モード ? VMCS(Virtual Machine Control Structure)領域 ? レジスタの状態などを保存するためのメモリ領域（4KB） VMX non-rootモード VMX rootモード リング３ ゲストアプリ リング２ リング１ リング０ ゲストカーネル ＶＭＭ VMEnter/VMExit VMCS領域 Guest-state VM-entry control VM-execution control Host-State VM-exit control VM-exit information 2007/7/19 25
  • 26. ? I/O命令の一部 ? ATA, USB, NIC関連 IN, INS, OUT, OUTS MOV CRx 特権命令の一部 CPUID ? RDMSR WRMSR ? 制御レジスタへの読み書きなど INVLPG Exceptions NMI External Interrupts ? 割り込み?例外 Interrupt window INIT Signals ? ページフォルト関係など Start-up IPIs ? SMP関連 2007/7/19 26
  • 27. ? リアルモード対応 ? 仮想8086＋命令エミュレーションで対応 ? モード切替時，INS/OUTS命令，MMIO等でも利用 ? メモリ管理 ? EPT(Extended Page Table)はまだない 2007/7/19 27
  • 28. ? 基本的にはアドレス変換しない ? ゲスト物理アドレス＝マシン物理アドレス ? ＶＭＭは後端(<4GB)に常駐する ? 現在のサイズは32MB ? BIOSコール（e820h）をごまかしてreserved領域に 仮想アドレス空間 ゲスト物理アドレス空間 マシン物理アドレス空間 4GB Reserved 4GB Reserved Reserved VMM Reserved BIOSフック等 0 0 2007/7/19 28
  • 29. ? ゲスト翱厂のシャドウ（コピー）をＶＭＭで保持 ? ＶＭＭ領域の保護 ? ページングオフ時の対応 ＶＭＭ ゲストＯＳ ゲストCR3 CR3 PD PT CR3 PD PT PT PT PT ページフォルト時に更新 PT シャドウページテーブル ゲストページテーブル 2007/7/19 29
  • 30. ? I/O命令（IN, OUTなど） ? VTの機能によりVMMで捕捉 ? I/Oポートアドレス単位でビットマップで指定 ? 制御I/Oの監視，データI/Oの変換 ? MMIO ? シャドウページングにより捕捉 ? DMA ? VT-dによるアクセス制御 ? シャドウDMAディスクリプタ 2007/7/19 30
  • 31. ? ＤＭＡディスクリプタのシャドウを作る ? データだけＶＭＭで横取りする ? 制御はゲストＯＳにさせる シャドウDMAディスクリプタ バッファアドレス バイト数 ステータス 0xF0004000 16384 OK ホストコントローラ VMMの領域 ベースアドレスレジスタ + DMAディスクリプタ インデックス バッファアドレス バイト数 ステータス 0x08086000 4096 OK 0x04004000 8192 OK 0x00386000 4096 Ready 2007/7/19 31
  • 32. 物理メモリ シャドウDMAディスクリプタ VMM ベースアドレス バイト数 0xF0004000 16384 VMMによる暗号化/復号化＋コピー DMAディスクリプタ ベースアドレス バイト数 ゲスト翱厂 0x08086000 4096 0x04004000 8192 0x00386000 4096 2007/7/19 32
  • 33. ? ＶＭＭから一部のデバイスを使う必要がある ? USB（ICカードリーダ），NIC（IKEプロトコル） ? シャドウＤＭＡディスクリプタの拡張で対応 シャドウDMAディスクリプタ バッファアドレス バイト数 ステータス エントリ の挿入 0xF0004000 4096 OK ホストコントローラ 0xF0010000 8192 OK ベースアドレスレジスタ + DMAディスクリプタ インデックス バッファアドレス バイト数 ステータス 0x08086000 4096 OK 0x04004000 8192 OK 0x00386000 4096 Ready 2007/7/19 33
  • 34. ? 比較的シンプルな構造 ? PRD(Physical Region Descriptor)のテーブルをメモリ上に保持 ? テーブルへのアドレスをレジスタに指定 ? Start Bit に 1 を書き込むとDMA転送開始 Physical Region Descriptor Table Bus Master IDE Controller Memory Region Physical Base Address[31:1] 0 EOT reserved Byte Count[15:1] 0 オフセット 機能 … 0 00h Command Register … … … 0 02h Status Register 04h-07h PRD Table Address 1 2007/7/19 34
  • 35. ? 時間枠(1024ms)単位の転送 ? 1024エントリ×4Byte=1ページのフレームリスト ? TD(Transfer Descriptor)のリンクリスト TD (Transfer Descriptor) LinkPointer USB ホストコントローラ (UHCI) Status MaxLen Device PID カウンタ Base Index 00 Buffer Pointer オフセット 機能 Frame List 00h-01h Command Isochronous Interrupt/Bulk/Control Frame Pointer Q T 02h-03h Status … TD TD QH QH 04h-05h Interrupt Enable Frame Pointer Q T TD TD TD TD 06h-07h Frame Number Frame Pointer Q T 08h-0Bh Frame List Base Address Frame Pointer Q T TD TD TD TD 2007/7/19 35
  • 36. ? ディスクリプタのリング構造 ? Tail ポインタをドライバソフトウェアで更新する ? Head ポインタをホストコントローラが更新して追いか ける ? Tail に追いつくと自動的に停止する Transmit Descriptor Ring Structure NIC (Intel PCIe* GbE Controllers) Base Buffer Address … Status Len オフセット 機能 Head 03800h Descriptor Base Low ハードウェアが管理 03804h Descriptor Base High 03808h Descriptor Length Tail 03810h Descriptor Head 循環 Base+Length バッファ 03818h Descriptor Tail 2007/7/19 36
  • 37. ? LVMM（Intel vPro） ? クライアント端末のリモート管理が目的 ? ネットワークのみ仮想化し，残りはパススルー ? VMが２つある(User Partition と Service Partition) ? SecVisor [SOSP ‘07] ? Linux カーネルの改竄防止 ? W＋Xページ，不正なカーネルモジュール防止 ? ＶＭは１つ，デバイスは完全パススルー 2007/7/19 37
  • 38. ? 平成19年度 ? VMMコア ? ATAドライバ（IDE） ? 平成20年度 ? USBドライバ（UHCI:USB1.1） ? USBドライバ（EHCI:USB2.0） ? ATAドライバ（ATAPI）（AHCI未定） ? NICドライバ（Intel PRO1000系） ? ID管理 ? VPN管理 ? 未対応デバイス ? IEEE 1394 ? 無線LAN ? プリンタ/スキャナ 2007/7/19 38
  • 39. ? セキュアＶＭの概要 ? ストレージ暗号化 ? ネットワーク暗号化 ? ICカードによる認証?鍵管理 ? 準パススルー型ＶＭＭの紹介 ? 可能な限りパススルー ? 必要最小限のアクセスだけＶＭＭで捕捉 ? 準パススルー型の実装概要 ? Intel VT機能を活用 ? シャドウページテーブル ? シャドウDMAディスクリプタ 2007/7/19 39
  • 40. ? 準パススルー型 ? TypeⅠ型 VMM（Hypervisor型） ? 64bit 対応（ゲスト翱厂は32bitのみ） ? PAE対応 ? マルチコア?マルチプロセッサ対応 ? WindowsXP/Vista, Linux が動作 ? コード行数約20,000行（コアのみ） 2007/7/19 40
  • 41. 本日ソースコード公开 BitVisor 0.2 （α版） http://www.securevm.org/ 2007/7/19 41