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构建SGX机密计算环境

更新时间:

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机密计算环境之前,您可以通过cpuid检查SGX使能状态。本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像和Ubuntu 20.04/22.04 UEFI镜像为例,演示如何进行SGX状态的检查过程。

Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像

  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已经被正确启用。sgx_install

    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。sgx_driver

Ubuntu 20.04/22.04 UEFI镜像

  1. 安装cpuid。

    sudo apt-get update && sudo apt-get install -y --no-install-recommends cpuid
  2. 检查SGX使能状态。

    cpuid -1 -l 0x7 |grep SGX

    下图所示表示SGX已经被正确启用。image

    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. 执行以下操作安装SGX驱动。

    1. 执行以下命令,创建install_sgx_dcap.sh脚本文件。

      cat <<'EOF' > install_sgx_dcap.sh
      #!/bin/bash
      
      version_id=$(cat /etc/os-release|grep "VERSION_ID"|cut -d"=" -f2|tr -d "\"")
      version_codename=$(cat /etc/os-release|grep "VERSION_CODENAME"|cut -d"=" -f2)
      apt-get update && DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y build-essential dkms curl wget
      
      if [ ! -e /dev/sgx/enclave -a ! -e /dev/sgx_enclave ]; then
        dcap_version=$(curl -s https://download.01.org/intel-sgx/latest/version.xml |grep dcap| sed -r 's/.*>(.*)<.*/\1/')
        dcap_files=$(curl -s https://download.01.org/intel-sgx/latest/dcap-latest/linux/SHA256SUM_dcap_${dcap_version}.cfg)
        echo "${dcap_files}" | grep "ubuntu${version_id}-server" |grep "sgx_linux_x64_driver" | awk '{print $2}' | xargs -I{} curl -O -J https://download.01.org/intel-sgx/latest/dcap-latest/linux/{}
        
        bash sgx_linux_x64_driver*.bin
      else
        echo "driver already installed"
      fi
      EOF
    2. 执行以下命令,运行脚本文件安装SGX驱动。

      sudo bash ./install_sgx_dcap.sh
  4. 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。

    image

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和Ubuntu 20.04/22.04 UEFI镜像为例演示构建过程,如果您使用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. 安装构建SGX机密计算环境所需模块。

    Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像

    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. 导入阿里云机密计算yum软件源。

        说明

        下述地址中的[Region-ID]应为vSGX实例所在地域的ID。

        • 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

        自动化安装脚本如下所示:

        1. 执行以下命令,创建install_sgx_repo.sh脚本文件。

          cat <<'EOF' > install_sgx_repo.sh
          ID=$(grep -w '^ID' /etc/os-release | awk -F= '{print $2}' | tr -d '"')
          VERSION_ID=$(grep -w '^VERSION_ID' /etc/os-release | awk -F= '{print $2}' | tr -d '"')
          
          # 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)
          
          # 针对Alibaba Cloud Linux 2需要使能阿里云exp源
          if [ "$ID" = "alinux" -a "$VERSION_ID" = "2.1903" ]; then
              sudo rpmkeys --import http://mirrors.cloud.aliyuncs.com/epel/RPM-GPG-KEY-EPEL-7
              sudo yum install -y alinux-release-experimentals
          fi
          
          yum install -y yum-utils && \
          yum-config-manager --add-repo \
          https://enclave-${region_id}.oss-${region_id}-internal.aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo
          
          EOF
        2. 执行以下命令,导入阿里云机密计算yum软件源。

          sudo bash ./install_sgx_repo.sh
      2. 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/

    Ubuntu 20.04/22.04 UEFI镜像

    1. 执行以下命令,创建install_sgx_sdk.sh脚本文件。

      cat <<'EOF' > install_sgx_sdk.sh
      #!/bin/bash
      
      version_id=$(cat /etc/os-release|grep "VERSION_ID"|cut -d"=" -f2|tr -d "\"")
      version_codename=$(cat /etc/os-release|grep "VERSION_CODENAME"|cut -d"=" -f2)
      apt-get update && DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y build-essential dkms curl wget
      
      dcap_version=$(curl -s https://download.01.org/intel-sgx/latest/version.xml |grep dcap| sed -r 's/.*>(.*)<.*/\1/')
      linux_version=$(curl -s https://download.01.org/intel-sgx/latest/version.xml |grep linux| sed -r 's/.*>(.*)<.*/\1/')
      dcap_files=$(curl -s https://download.01.org/intel-sgx/latest/dcap-latest/linux/SHA256SUM_dcap_${dcap_version}.cfg)
      echo "${dcap_files}" | grep "ubuntu${version_id}-server" | awk '{print $2}' | xargs -I{} curl -O -J https://download.01.org/intel-sgx/latest/dcap-latest/linux/{}
      
      # install sgx_sdk
      bash sgx_linux_x64_sdk*.bin --prefix /opt/intel
      source /opt/intel/sgxsdk/environment
      
      # install psw
      echo "deb [arch=amd64] https://download.01.org/intel-sgx/sgx_repo/ubuntu ${version_codename} main" |  tee /etc/apt/sources.list.d/intelsgx.list
      wget -qO - https://download.01.org/intel-sgx/sgx_repo/ubuntu/intel-sgx-deb.key | apt-key add -
      apt-get update && DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y libsgx-launch libsgx-urts libsgx-epid libsgx-quote-ex libsgx-dcap-ql libsgx-dcap-ql-dev
      systemctl enable --now aesmd.service
      EOF
    2. 执行以下命令,运行脚本文件安装Intel® SGX SDK和PSW。

      sudo bash ./install_sgx_sdk.sh
  2. 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

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。

示例一:启动Enclave

Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像

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。

  1. 安装编译工具。

  2. ID=$(grep -w '^ID' /etc/os-release | awk -F= '{print $2}' | tr -d '"')
    VERSION_ID=$(grep -w '^VERSION_ID' /etc/os-release | awk -F= '{print $2}' | tr -d '"')
    
    if [ "$ID" = "alinux" ]; then
        case "$VERSION_ID" in
            "2.1903" )
                sudo yum install -y devtoolset-9
                ;;
            "3" )
                sudo yum groupinstall -y "Development Tools"
                ;;
        esac
    fi
  3. 设置SGX SDK相关的环境变量。

    if [ "$ID" = "alinux" -a "$VERSION_ID" = "2.1903" ]; then
        source /opt/rh/devtoolset-9/enable
    fi
    source /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/environment
  4. 编译示例代码SampleEnclave。

    1. 执行以下命令,进入SampleEnclave目录。

      cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/SampleEnclave
    2. 执行以下命令,编译SampleEnclave。

      sudo -E make
  5. 运行编译出的可执行文件。

    sudo ./app

Ubuntu 20.04/22.04 UEFI镜像

  1. 执行以下命令,更新包列表。

    sudo apt update
  2. 执行以下命令,安装build-essential编译工具。

    sudo apt install -y build-essential
  3. 编译示例代码SampleEnclave。

    1. 执行以下命令,进入SampleEnclave目录。

      cd /opt/intel/sgxsdk/SampleCode/SampleEnclave/
    2. 执行以下命令,编译SampleEnclave。

      sudo make SGX_DEBUG=1
  4. 运行编译出的可执行文件。

    sudo ./app

示例二:SGX远程证明

本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI镜像为例演示SGX远程证明过程,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 libsgx-dcap-default-qpl-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 -E 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 -E 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 SDKSGX PSWSGX 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}\n"|grep -E "sgxsdk|libsgx-|libtdx-|^sgx-|^tdx-"|sudo 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。sdk&psw

    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。dacp

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漏问题,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