Combinando Intel SGX e AMD SEV pra uma segurança melhor

Avanços recentes em computação levaram à criação de tecnologias que oferecem ambientes seguros para executar aplicativos sensíveis. Duas implementações notáveis são as Intel Software Guard Extensions (SGX) e AMD Secure Encrypted Virtualization (SEV). Elas visam manter aplicativos e dados seguros contra acessos não autorizados, mesmo que a máquina hospedeira seja comprometida. Este artigo discute um novo método que combina as forças do SGX e SEV para melhorar as medidas de segurança, especialmente na Atestação remota, que é uma forma de verificar a confiabilidade de um ambiente computacional.

#Entendendo Ambientes de Execução Confiáveis

Os Ambientes de Execução Confiáveis (TEEs) são áreas seguras dentro do processador principal de um computador que garantem a integridade e Confidencialidade de código e dados. Tanto o SGX quanto o SEV são projetados para alcançar isso, mas de maneiras diferentes.

#Intel Software Guard Extensions (SGX)

O SGX permite que aplicativos criem espaços isolados chamados enclaves. Esses enclaves permitem que programas sejam executados de maneira segura, mantendo seus dados e processos ocultos de outros, até mesmo do próprio sistema operacional. O SGX oferece uma maneira flexível de garantir que o código rodando dentro desses enclaves permaneça intocável por partes não autorizadas.

#AMD Secure Encrypted Virtualization (SEV)

Por outro lado, o SEV criptografa a máquina virtual (VM) inteira em vez de apenas partes de um processo. Isso significa que, mesmo que a máquina hospedeira seja comprometida, os dados dentro da VM permanecem ilegíveis. O SEV permite que aplicativos rodem sem precisar alterar significativamente seu código. No entanto, suas capacidades de atestação remota são mais limitadas em comparação com o SGX, pois permitem apenas que uma parte específica confirme a integridade da VM.

#A Necessidade de um Novo Protocolo

Embora tanto o SGX quanto o SEV tenham seus benefícios únicos, nenhum deles oferece uma solução perfeita sozinho. O SGX é flexível, mas exige que os aplicativos sejam projetados especificamente para funcionar dentro de enclaves, o que limita a portabilidade. Por outro lado, enquanto o SEV permite que aplicativos rodem sem modificação, seu processo de atestação é mais rígido. Portanto, há uma necessidade de um novo protocolo que combine as capacidades de atestação remota flexível do SGX com a portabilidade de aplicativos do SEV.

#O Protocolo Proposto

O protocolo inovador discutido aqui introduz um proprietário confiável, implementado como um enclave SGX. Esse proprietário confiável é responsável por implantar uma VM SEV e gerar relatórios de atestação sobre ela. A VM SEV pode contar com esse proprietário confiável para criar provas de seu ambiente seguro, similar ao funcionamento dos enclaves na configuração do SGX.

#Visão Geral do Fluxo de Trabalho

1. Implantação: O proprietário confiável cria e configura a VM SEV.
2. Atestação: A VM SEV solicita ao proprietário confiável que gere os relatórios de atestação.
3. Verificação: A parte confiável pode então validar se a VM está funcionando corretamente e é segura.

Esse método integra as características de atestação flexível do SGX e a execução de aplicativos sem problemas do SEV, criando um ambiente geral mais seguro.

#Recursos de Segurança

Os principais objetivos do protocolo proposto envolvem garantir a autenticidade dos relatórios de atestação e manter a confidencialidade dos dados sensíveis durante o processo de atestação remota.

#Autenticidade das Citações

O protocolo gera citações de atestação que fornecem evidências do ambiente seguro. Qualquer parte confiável pode provar criptograficamente que a citação veio de uma plataforma SGX genuína rodando a VM SEV. Isso é crucial para construir confiança entre diferentes partes, especialmente em aplicativos sensíveis.

#Confidencialidade dos Segredos

O protocolo proposto garante que quaisquer segredos fornecidos à VM SEV permaneçam confidenciais. O proprietário confiável gerencia esses segredos de forma segura, impedindo acessos não autorizados por atacantes. Isso adiciona uma camada adicional de proteção para dados sensíveis.

#Implementação e Avaliação

Para validar o protocolo proposto, foi desenvolvida uma implementação prática. Essa implementação serve como uma prova de conceito e aplicação do protocolo.

#Testes com Modelos de Aprendizado de Máquina

O protocolo foi aplicado a modelos de aprendizado de máquina, fornecendo uma maneira de criar modelos responsáveis. Usando o protocolo, foi possível gerar relatórios de atestação ligando cada modelo aos dados de treinamento e algoritmos usados para produzi-lo. Isso é particularmente relevante em áreas onde regulação e equidade são críticas.

#Avaliação de Desempenho

A implementação foi testada em vários scripts de aprendizado de máquina, medindo o tempo necessário para implantação, provisionamento e geração de relatórios. O overhead criado pelo protocolo foi considerado mínimo, geralmente abaixo de 0,5% do tempo total de execução. Isso indica que o protocolo pode ser usado em cenários práticos sem impactar significativamente o desempenho.

#Direções Futuras

O trabalho apresentado aqui abre várias avenidas para mais exploração. Uma possibilidade é estender o protocolo para gerenciar uma gama mais ampla de componentes dentro de uma infraestrutura heterogênea. Isso poderia envolver a criação de um implantador confiável capaz de atestar múltiplos ambientes confiáveis simultaneamente.

#Aprimorando o Protocolo

Recursos adicionais também poderiam melhorar as capacidades do protocolo. Por exemplo, um canal autentificado e confidencial poderia ser estabelecido entre o proprietário confiável e a VM SEV, permitindo a troca de diversas mensagens seguras. Isso facilitaria o compartilhamento de informações verificáveis e ajudaria a gerar valores aleatórios mais fortes para operações criptográficas.

#Abordando Limitações

Apesar de seus pontos fortes, o protocolo não está isento de limitações. A segurança depende da confiabilidade das implementações do SGX e do SEV. Se qualquer um desses sistemas enfrentar vulnerabilidades, isso poderia comprometer a segurança geral do protocolo.

#Trabalhos Relacionados

A literatura existente oferece vários estudos sobre a eficácia do SGX e do SEV. Vários pesquisadores exploraram as vulnerabilidades das primitivas de atestação e propuseram várias melhorias para aumentar a segurança. Entender esses estudos é essencial para aprimorar o protocolo proposto e garantir sua robustez.

#Conclusão

O protocolo proposto representa um avanço significativo na fusão das capacidades do SGX e do SEV. Ao aproveitar as características de atestação flexível do SGX junto com a portabilidade de aplicativos do SEV, essa abordagem oferece uma solução mais segura e prática para ambientes de computação confiáveis. A implementação bem-sucedida demonstra o potencial do protocolo para aplicações do mundo real, particularmente em domínios sensíveis como aprendizado de máquina, onde responsabilidade e integridade são fundamentais.

Pesquisas futuras visam aprimorar ainda mais o protocolo e explorar sua aplicabilidade em diferentes infraestruturas. O objetivo é continuar avançando as práticas de computação segura que atendam às necessidades em evolução da tecnologia e da sociedade.