硬件辅助虚拟机(HVM)rootkit的实现与探测.pdfVIP

第十八届全国信息必威体育官网网址学术会议(IS2008)论文集 徐志大 中南计算机通信研究所 摘要：2006年中期以来，许多安全研究人员积极热衷于基于AMD和Intel x86处理器硬件辅助虚拟能力的rootkit技术，引发大量激动人心、极其神秘的研究 工作。因而，这种技术的实现架构、探测方法及每种HVMrootkit的生存能力得以 广泛探讨，并取得了一定进展。 关键词：虚拟技术rootkit管理程序 1 引言 近年来，软件实现的虚拟机技术快速发展，应用需求越来越大。软件级的虚 拟机技术需要在系统中开辟复杂的工作区域，无法彻底解决自身的许多问题，要 实现更为高效和低成本的虚拟机技术，只有借助于硬件结构体系的改良和支持， 实现硬件级的虚拟机技术。因此，世界两大计算机CPU厂商AMD和Intel在新一 代CPU中引入芯片级虚拟化辅助技术，通过扩展处理器指令，增加相应机制，为 虚拟技术提供硬件支持，为基于管理程序的x86系统虚拟化铺平道路。 对于这种新技术，一直在涉猎前沿技术的黑客们自然会进行研究。在2006年 Dai 美国拉斯维加斯的黑帽会议上，研究员JoannaRutkowska和DinoZovi首次公开 提出硬件辅助虚拟机(HVM)rootkit概念【】’2】，但当时未提供实现细节，引发同 EdgarBarbosa介绍了针对“蓝色药丸(BluePill)”的检测方法汹]。不久，在root． kit．tompl上出现在Intel上实现的HVM AMD上实现的Blue Pill代码放在BluePillProiect．org【41上，供公众下载。 在纯软件和基于硬件实现的虚拟机技术体系结构中，主要涉及两种软件： OS)的 控制处理器和其他硬件，在单一物理机器上控制多个客户操作系统(guest ·336· 硬件辅助虚拟机(HVM)rootkit的实现与探测 有效运行，通过拦截和模拟客户操作，为每个客户虚拟一个完整的计算机系统 (内存、CPU和所有外部设备)。 客户软件：每台虚拟机(VM)是一个客户软件环境，支持由OS和应用软件 组成的栈。VMs相互独立，在同样的接口上使用物理平台提供的处理器、内存、 存储器、图形卡和I／O。 本文首先从编程角度简要介绍AMD和Intel硬件辅助虚拟技术，描述基于这 种技术的HVMrootkit，提出在AMD多核x86处理器上构建HVMrootkit的框架。 rootkit 然后，讨论探测方法，评估每种HVMrootkit的生存能力。最后，分析HVM 的鉴识问题及在主机安全防护中的应用。 2 AMD虚拟技术 手册[51中称为“安全虚拟机(SVM)”技术，是作为一组异常实现的，它拦截可 能影响管理程序或客户的任何指令或CPU事件。AMD—V新定义了指令、寄存器 与控制标志，实现更具特权的模式，即“ring-1”，高于以前x86体系结构实现的 最高特权模式“ring0”。称为虚拟机控制块(VMCB)的数据结构实现对异常的 控制，不在处理器内核中共享。 管理程序安全加载器。另外，扩展了MOV指令，直接读写CR8控制寄存器(任 务优先级寄存器)，加速与SVM相关的性能。最后，为支持SVM，也对许多现有 AMD64指令行为进行了修改。总的来说，新定义的指令主要用于构建管理程序及 在主机与客户之间交换(AMD称为称为“世界交换(worldswitch)”)。 在AMD64体系结构程序员手册”’中描述了VMCB。它由两个区组成。第一个 enable mask)。掩码确定什么条件引 区含有控制位，包括拦截使能掩码(intercept 起#VMEXIT。第二个区维持客户状态。Save状态区保存段寄存