眾所周知，數(shù)據(jù)安全的三大支柱分別是：保護靜態(tài)數(shù)據(jù)、傳輸中數(shù)據(jù)和使用中數(shù)據(jù)。其中，靜態(tài)加密和傳輸中的數(shù)據(jù)加密，大家都很熟悉。

但是隨著企業(yè)業(yè)務上云，面臨的最大挑戰(zhàn)之一，就是如何保護使用中的數(shù)據(jù)，即在保持敏感數(shù)據(jù)的同時，還能保持數(shù)據(jù)的私有狀態(tài)。

之所以保護使用中的數(shù)據(jù)特別困難，原因在于應用程序需要明文數(shù)據(jù)（未經(jīng)加密或其他方式保護的數(shù)據(jù)）才能進行計算，這意味著惡意軟件可以轉存內存中的內容以竊取信息。如果數(shù)據(jù)在內存中被泄露，服務器硬盤上的數(shù)據(jù)加密就變得不再重要。

正因如此，機密計算（Confidential Computing）的概念誕生了。2019年，機密計算首次被Gartner列入《2019年云安全技術成熟度曲線報告》。2020年，機密計算仍是Gartner云安全成熟度曲線上的33中技術之一。

機密計算的應用場景

機密計算的原理在于，使用基于硬件的技術將數(shù)據(jù)、特定功能或整個應用程序與操作系統(tǒng)、虛擬機管理程序或虛擬機管理器以及其他特權進程隔離開來。數(shù)據(jù)存儲在可信執(zhí)行環(huán)境（TEE）中，即使借助調試器，也無法從外部查看數(shù)據(jù)或對數(shù)據(jù)執(zhí)行的操作。TEE確保只有授權的代碼才能訪問數(shù)據(jù)。如果代碼被更改或被篡改，TEE將拒絕操作。

機密計算旨在保護敏感的代碼和數(shù)據(jù)，可以解決區(qū)塊鏈、秘鑰管理、金融、AI、多方計算、數(shù)據(jù)租賃、邊緣計算等諸多應用場景中“信任”難題，例如：

多個不互信組織之間的數(shù)據(jù)融合與聯(lián)合分析

區(qū)塊鏈上的智能合約的機密性保護

公有云平臺對攻擊的防御、高敏感信息的安全保護

保護AI模型等核心機密數(shù)據(jù)和知識產權

保護云邊端三位一體相互通信的安全以及隱秘性

在Enclave中保護支付、交易的安全性

此外，機密計算還可以帶來與安全無關的好處，如：圖像處理應用程序可以將文件存儲在TEE中，而不是將視頻流發(fā)送到云端，因而節(jié)省帶寬并縮短延遲。該應用程序甚至可以在處理器層面劃分這類任務，主CPU負責大部分處理，但依靠網(wǎng)卡上的TEE處理敏感計算。

雖然從理論上來講機密計算大有用處，但它并非立即可用。Gartner預計需要等5年至10年，它才會普遍使用。

科技巨頭入局機密計算

作為一種前瞻性的安全技術，目前全球的科技巨頭都已紛紛入局，大力探索和推廣機密計算技術。

微軟Azure

2017年，微軟宣布推出名為“機密計算”的Azure云平臺的新功能。該功能允許在Azure上運行的應用程序時，在靜態(tài)、傳輸中和內存計算時都能保持數(shù)據(jù)加密。

在實現(xiàn)方式上，微軟的機密計算有兩種模式：一種是基于虛擬機，另一種則使用英特爾推出的Skylake-SP Xeon處理器中的SGX（“軟件防護擴展”）功能。

虛擬機模式，使用Windows 10和Windows Server 2016中引入的Hyper-V的虛擬安全模式（VSM）功能。

使用VSM，應用程序的大部分部分將在常規(guī)操作系統(tǒng)的普通虛擬機中運行。受保護的TEE部件將在單獨的虛擬機中運行，該虛擬機僅包含基本存根操作系統(tǒng)（足以與常規(guī)VM通信）以及只需要處理敏感數(shù)據(jù)的應用程序代碼的那些部分。

即使應用程序受到攻擊并且攻擊者可以訪問主虛擬機，VSM TEE中的數(shù)據(jù)將無法訪問，因為Hyper-V使虛擬機彼此分開。攻擊者必須妥協(xié)Hyper-V本身才能突破這種隔離。

SGX模式，使用處理器功能在常規(guī)流程中切出TEE，而不需要虛擬機。處理器本身將對來自存儲器的數(shù)據(jù)進行加密和解密，使得數(shù)據(jù)僅在處理器本身內被解密。

有了這種模式，Hyper-V的安全性并不重要。應用程序唯一需要信任的，是處理器及其實施的SGX。有了SGX，沒人可以看到TEE中的數(shù)據(jù)。

阿里云

在國內，阿里云是亞太區(qū)第一個推出基于SGX（（Software Guard Extensions ）加密計算的云服務商。2017年，阿里云與英特爾聯(lián)合發(fā)布了基于芯片級的SGX加密計算技術，保障云上客戶數(shù)據(jù)安全。

基于Intel SGX加密計算技術，阿里云為云上客戶提供了系統(tǒng)運行時的可信能力。云上開發(fā)者可以利用SGX技術提供的可信執(zhí)行環(huán)境，將內存中的關鍵代碼和數(shù)據(jù)保護起來。

即使具備更高特權的系統(tǒng)組件包括BIOS、虛擬化底層、操作系統(tǒng)內核，以及高特權進程也都無法獲得關鍵代碼和數(shù)據(jù)，讓客戶可以擺脫對云平臺的依賴，通過擁有云上的可信執(zhí)行環(huán)境，防止數(shù)據(jù)被竊取或被篡改。

2018年，基于SGX技術，阿里云又推出了基于SGX技術的區(qū)塊鏈服務平臺;2019年的云棲大會，阿里云智能也與阿里云數(shù)據(jù)庫團隊聯(lián)合發(fā)布了全加密數(shù)據(jù)庫產品。

谷歌云

在今年的Google Cloud Next ‘20大會上，谷歌云（Google Cloud）也推出了一款基于機密計算的安全產品——“可保密虛擬機”（Confidential VMs）。這種新型的虛擬機可以利用谷歌的加密計算，實現(xiàn)對靜止狀態(tài)和內存內數(shù)據(jù)的保密。

根據(jù)谷歌云的介紹，機密虛擬機建立在第二代AMD芯片EPYC處理器上，通過較低的計算能力為客戶加密數(shù)據(jù)以完成機密計算，客戶能夠以加密的方式在谷歌云上運行其工作負載。

谷歌云方面表示，機密虛擬機的安全級別非常高，可以解鎖新的計算方案。這些機密虛擬機與真正用在加密和基于N2D高性能虛擬機相同，都是基于AMD EPYC安全加密虛擬化（SEV），該技術可以在保持其性能的同時，對虛擬機內存進行加密，利用AMD安全處理器生成密鑰，從而鎖定虛擬機內存，不僅限制了公司數(shù)據(jù)的訪問，還限制了主機上運行虛擬機的訪問。

此外，機密虛擬機將與谷歌的安全強化型虛擬機結合，為客戶提供額外的機密影像。這為客戶將工作負載轉移到谷歌云上提供了更多的動力支撐。

機密計算聯(lián)盟CCC

2019年8月，在Linux基金會下啟動成立了機密計算聯(lián)盟（CCC），旨在為機密計算定義標準，并支持開源工具的開發(fā)和采用。成員包括阿里巴巴、AMD、Arm、Facebook、Fortanix、谷歌、華為、IBM、英特爾、微軟、Oracle、瑞士電信、騰訊和VMware等巨頭。

目前，機密計算聯(lián)盟支持少數(shù)幾個開源項目，包括英特爾GX SDK for Linux、微軟的Open Enclave SDK和Red Hat的Enarx。

但并非項目得到該聯(lián)盟的認可，才可以被認為是機密計算，比如：谷歌的Asylo與Enarx很相似，微軟Azure的機密計算服務同時支持英特爾SGX和微軟的虛擬安全模式，都可以被納入機密計算的范疇。

盡管機密計算的出現(xiàn)可能促使更多的企業(yè)使用云計算、區(qū)塊鏈等服務，但值得注意的是，機密計算在應用方面仍然處于起步階段，例如：機密計算底層依賴的TEE技術，帶來了額外的功能限制和兼容問題，這使得機密計算的開發(fā)者面臨應用開發(fā)難等障礙。

機密計算技術在實際應用場景中將如何落地，是否真的能有效保護數(shù)據(jù)安全，還有待進一步觀察。
責編AJX