[發(fā)明專利]基于Linux的ELF文件數(shù)據(jù)完整性保護(hù)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010720818.6
• 申請(qǐng)日: 2020-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN113971297A
• 公開（公告）日: 2022-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張靖棠;宗華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 張靖棠;宗華
• 主分類號(hào): G06F21/64
• 分類號(hào): G06F21/64;G06F21/10
• 代理公司: 南京新慧恒誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 32424
• 代理人: 李曉靜

本發(fā)明公開了基于Linux的ELF文件數(shù)據(jù)完整性保護(hù)方法，提供一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制可執(zhí)行文件格式ELF文件進(jìn)行簽名的工具，能夠?qū)?shù)字簽名附加到ELF文件的段中；在Linux內(nèi)核初始化時(shí)，會(huì)將所有可執(zhí)行文件格式的處理函數(shù)組織為一個(gè)鏈表，在所述鏈表中添加一個(gè)ELF簽名驗(yàn)證處理函數(shù)，所述ELF簽名驗(yàn)證處理函數(shù)專門用于提取并驗(yàn)證ELF中的數(shù)字簽名；在Linux內(nèi)核中，ELF二進(jìn)制可執(zhí)行文件格式的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行流程之前，先從ELF文件中提取數(shù)字簽名，再對(duì)ELF文件中的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證；如果數(shù)字簽名通過(guò)驗(yàn)證，則內(nèi)核正常執(zhí)行該ELF文件；如果數(shù)字簽名沒有通過(guò)驗(yàn)證，內(nèi)核禁止該ELF文件被執(zhí)行；可以有效保護(hù)基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)的安全性，避免內(nèi)核執(zhí)行經(jīng)過(guò)惡意篡改后的可執(zhí)行文件。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及(計(jì)算機(jī))系統(tǒng)安全領(lǐng)域，具體涉及基于Linux的ELF文件數(shù)據(jù)完整性保護(hù)方法。

背景技術(shù)

數(shù)字簽名是網(wǎng)絡(luò)安全的核心技術(shù)之一，能夠保證信息交換的完整性、發(fā)送信息的不可否認(rèn)性、簽名方身份的確定性等。數(shù)字簽名是附加在數(shù)據(jù)單元上的一些數(shù)據(jù)，或是對(duì)數(shù)據(jù)單元所作的密碼變換，這種數(shù)據(jù)和變換允許數(shù)據(jù)單元的接收者用以確認(rèn)數(shù)據(jù)單元來(lái)源和數(shù)據(jù)單元的完整性，并保護(hù)數(shù)據(jù)，防止被別人偽造。

在實(shí)際使用中，軟件開發(fā)者需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)分發(fā)自己實(shí)現(xiàn)的軟件。當(dāng)用戶在自己的計(jì)算機(jī)上接收他人分發(fā)的軟件并使用時(shí)，需要檢驗(yàn)該軟件是否經(jīng)過(guò)了惡意篡改而成為可能威脅計(jì)算機(jī)安全的惡意軟件。目前，主要的解決方案是，在開發(fā)者分發(fā)軟件之前，用受信密鑰生成數(shù)字簽名并附加在軟件中，與軟件共同分發(fā)。接收方在安裝或使用軟件之前，首先對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行檢驗(yàn)，如果檢驗(yàn)通過(guò)，才允許安裝或運(yùn)行軟件；否則，軟件經(jīng)過(guò)了第三方的篡改而被視為不再安全。

現(xiàn)有方案主要分為兩類。

一類是在用戶空間(與操作系統(tǒng)中的內(nèi)核空間相對(duì))對(duì)軟件包進(jìn)行驗(yàn)證。例如Debian系統(tǒng)中的軟件包管理工具APT(Advanced Package Tool)，會(huì)在接收到軟件包或安裝軟件包前對(duì)附加在軟件或壓縮包中的GPG簽名進(jìn)行驗(yàn)證。如果驗(yàn)證失敗則無(wú)法解壓縮、安裝軟件。

一類是操作系統(tǒng)在內(nèi)核空間對(duì)軟件中的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，比如macOS中的“門禁”會(huì)檢查在Mac App Store以外來(lái)源的app中是否配有受信開發(fā)者的簽名，避免用戶下載和安裝惡意軟件。

對(duì)于在用戶空間中對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證的方案，只能對(duì)其管理范圍內(nèi)的軟件進(jìn)行保護(hù)，無(wú)法保護(hù)整個(gè)操作系統(tǒng)內(nèi)核免于惡意軟件的危害。攻擊者可以通過(guò)其它手段輕易繞開簽名驗(yàn)證機(jī)制。

對(duì)于操作系統(tǒng)內(nèi)核空間中的簽名驗(yàn)證功能，具體實(shí)現(xiàn)方式因不同操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同而不同，因此方案互不兼容。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于Linux的ELF文件數(shù)據(jù)完整性保護(hù)方法，可以有效保護(hù)基于Linux內(nèi)核的操作系統(tǒng)的安全性，避免內(nèi)核執(zhí)行經(jīng)過(guò)惡意篡改后的可執(zhí)行文件，保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)安全與隱私。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于Linux的ELF文件數(shù)據(jù)完整性保護(hù)方法，具體步驟如下：

步驟一、提供一個(gè)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制可執(zhí)行文件格式ELF文件進(jìn)行簽名的工具，能夠?qū)?shù)字簽名附加到ELF文件的段中；

步驟二、在Linux內(nèi)核初始化時(shí)，會(huì)將所有可執(zhí)行文件格式的處理函數(shù)組織為一個(gè)鏈表，在所述鏈表中添加一個(gè)ELF簽名驗(yàn)證處理函數(shù)，所述ELF簽名驗(yàn)證處理函數(shù)專門用于提取并驗(yàn)證ELF中的數(shù)字簽名；

步驟三、在Linux內(nèi)核中，ELF(Executable and Linkable Format)二進(jìn)制可執(zhí)行文件格式的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行流程之前，先從ELF文件中提取數(shù)字簽名，再對(duì)ELF文件中的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證；如果數(shù)字簽名通過(guò)驗(yàn)證，則內(nèi)核正常執(zhí)行該ELF文件；如果數(shù)字簽名沒有通過(guò)驗(yàn)證，內(nèi)核禁止該ELF文件被執(zhí)行。