構建SGX機密計算環境 - Elastic Compute Service

本文介紹如何在基於Intel^® Software Guard Extensions（Intel^®SGX）技術的ECS執行個體（下文簡稱為vSGX執行個體）中構建SGX機密計算環境，並示範如何運行範例程式碼以驗證SGX功能。

前提條件

已建立並登入vSGX執行個體。

說明

目前僅g7t、c7t或r7t執行個體規格類型系列支援SGX功能。更多資訊，請參見執行個體規格類型系列。

背景資訊

Intel^® SGX以硬體安全保障資訊安全，不依賴韌體和軟體的安全狀態，為使用者提供物理級的機密計算環境。Intel^® SGX通過新的指令集擴充與存取控制機制實現SGX程式的隔離運行，保障關鍵代碼和資料的機密性與完整性不受惡意軟體的破壞。不同於其他安全技術，Intel^®SGX的可信根僅包括硬體，避免了基於軟體的可信根可能自身存在安全性漏洞的缺陷，極大地提升了系統安全保障。

阿里雲安全增強型執行個體規格類型系列g7t、c7t、r7t基於Intel^®SGX技術提供機密記憶體，並支援虛擬機器形態的SGX技術，您可以在vSGX執行個體中開發並運行SGX程式。

重要

如果您在Intel SGX Enclave中使用了與硬體相綁定的祕密金鑰加密資料（例如基於SGX Sealing），執行個體所在的宿主機發生變化後將導致無法解密對應資料。建議您在應用程式層做好資料冗餘和備份，以保證應用的可靠性。

操作步驟

步驟一：檢查SGX使能狀態

構建SGX機密計算環境之前，您可以通過cpuid檢查SGX使能狀態。本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI鏡像和Ubuntu 20.04/22.04 UEFI鏡像為例，示範如何進行SGX狀態的檢查過程。

Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI鏡像

安裝cpuid。
```
sudo yum install -y cpuid
```
檢查SGX使能狀態。
```
cpuid -1 -l 0x7 |grep SGX
```
下圖所示表示SGX已經被正確使能。
說明
SGX被正確使能後，運行SGX程式還需要SGX驅動。阿里雲提供的專用鏡像已經內建了SGX驅動，如果您沒有使用專用鏡像，請自行安裝SGX驅動。
檢查SGX驅動安裝情況。
```
ls -l /dev/{sgx_enclave,sgx_provision}
```
下圖所示表示已經安裝SGX驅動。

Ubuntu 20.04/22.04 UEFI鏡像

安裝cpuid。

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y --no-install-recommends cpuid

檢查SGX使能狀態。
```
cpuid -1 -l 0x7 |grep SGX
```
下圖所示表示SGX已經被正確使能。
說明
SGX被正確使能後，運行SGX程式還需要SGX驅動。阿里雲提供的專用鏡像已經內建了SGX驅動，如果您沒有使用專用鏡像，請自行安裝SGX驅動。

執行以下操作安裝SGX驅動。

執行以下命令，建立install_sgx_dcap.sh指令檔。

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

執行以下命令，運行指令檔安裝SGX驅動。
```
sudo bash ./install_sgx_dcap.sh
```

檢查SGX驅動安裝情況。
```
ls -l /dev/{sgx_enclave,sgx_provision}
```
下圖所示表示已經安裝SGX驅動。

步驟二：構建SGX機密計算環境

為開發SGX程式，您需要在vSGX執行個體上安裝運行時（runtime）、SDK，並配置遠程證明服務，建議您使用阿里雲提供的專用鏡像獲得更好的使用體驗。這些鏡像已搭載SGX驅動，並提供完全相容Intel^® SGX SDK的阿里雲TEE SDK。本文以Alibaba Cloud Linux 2/3和Ubuntu 20.04/22.04 UEFI鏡像為例示範構建過程，如果您使用CentOS等Linux鏡像，請參考Intel官方提供的Intel^® SGX軟體安裝指南安裝所需的驅動、PSW等。

安裝構建SGX機密計算環境所需模組。

Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI鏡像

（條件必選）安裝阿里雲SGX運行時。

說明

如果您通過ECS管理主控台建立vSGX執行個體，會自動安裝阿里雲SGX運行時。您可以跳過本步驟，直接開始安裝阿里雲TEE SDK。

匯入阿里雲機密計算yum軟體源。

說明

下述地址中的[Region-ID]應為vSGX執行個體所在地區的ID。

公網地址格式：https://enclave-[Region-ID].oss-[Region-ID].aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo。
VPC內網地址格式：https://enclave-[Region-ID].oss-[Region-ID]-internal.aliyuncs.com/repo/alinux/enclave-expr.repo。

自動化安裝指令碼如下所示：

執行以下命令，建立install_sgx_repo.sh指令檔。

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 '"')

# 查看執行個體所在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)

# 針對Alibaba Cloud Linux 2需要使能阿里雲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

執行以下命令，匯入阿里雲機密計算yum軟體源。
```
sudo bash ./install_sgx_repo.sh
```

安裝阿里雲SGX運行時。

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

說明

SGX AESM（Architectural Enclave Service Manager）負責管理啟動Enclave、密鑰配置、遠程認證等服務，預設安裝路徑為/opt/intel/sgx-aesm-service。

安裝阿里雲TEE SDK。
```
sudo yum install -y sgxsdk
```

阿里雲TEE SDK完全相容Intel^®SGX SDK，安裝阿里雲TEE SDK後，您可以使用Intel^®SGX Developer Reference開發SGX程式。更多資訊，請參見Intel^®SGX Developer Reference。

說明

阿里雲TEE SDK中包含的Intel^®SGX SDK的預設安裝目錄為/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/。

Ubuntu 20.04/22.04 UEFI鏡像

執行以下命令，建立install_sgx_sdk.sh指令檔。

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

執行以下命令，運行指令檔安裝Intel^® SGX SDK和PSW。
```
sudo bash ./install_sgx_sdk.sh
```

配置阿里雲SGX遠程證明服務。

阿里雲SGX遠程證明服務完全相容Intel^® SGX ECDSA遠程證明服務和Intel^® SGX SDK，因此阿里雲vSGX執行個體能夠通過遠程證明來獲得遠程供應商或生產者的信任。更多資訊，請參見Attestation & Provisioning Services。

阿里雲SGX遠程證明服務為SGX SDK提供下列資訊：

SGX certificates：SGX認證。
Revocation lists：已被撤銷的SGX認證列表。
Trusted computing base information：可信根資訊。

說明

Intel Ice Lake僅支援基於Intel SGX DCAP的遠程證明方式，不支援基於Intel EPID的遠程證明方式，您可能需要適配程式後才能正常使用遠程證明功能。更多遠程證明的資訊，請參見attestation-service。

阿里雲SGX遠程證明服務採用地區化部署，您可以訪問vSGX執行個體所在地區的阿里雲SGX遠程證明服務來獲得最佳的穩定性。安裝阿里雲TEE SDK後會自動產生遠程證明服務的預設設定檔/etc/sgx_default_qcnl.conf，您需要修改該設定檔以適配vSGX執行個體所在地區的阿里雲SGX遠程證明服務，方法如下：

說明

目前阿里雲SGX遠程證明服務僅支援如下地區和可用性區域。

支援的地區	Region ID
華北1（青島）	cn-qingdao
華北2（北京）	cn-beijing
華北3（張家口）	cn-zhangjiakou
華北6（烏蘭察布）	cn-wulanchabu
華東1（杭州）	cn-hangzhou
華東2（上海）	cn-shanghai
華南1（深圳）	cn-shenzhen
華南2（河源）	cn-heyuan
華南3（廣州）	cn-guangzhou
西南1（成都）	cn-chengdu
中國（香港）	cn-hongkong
新加坡	ap-southeast-1
印尼（雅加達）	ap-southeast-5

（推薦）方法一：自動化完成/etc/sgx_default_qcnl.conf檔案的配置。

執行如下命令，自動化完成/etc/sgx_default_qcnl.conf檔案的配置。更多命令資訊，請參見執行個體中繼資料。

# 查看執行個體所在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指向執行個體所在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：手動修改/etc/sgx_default_qcnl.conf設定檔。
- 如果vSGX執行個體已指派公網IP，/etc/sgx_default_qcnl.conf檔案的內容修改如下。其中，[Region-ID]需替換為vSGX執行個體所在地區的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執行個體只有VPC內網IP，/etc/sgx_default_qcnl.conf檔案的內容修改如下。其中，[Region-ID]需替換為vSGX執行個體所在地區的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
```

驗證SGX功能樣本

本節示範其中的啟動Enclave樣本（SampleEnclave），效果為啟動一個Enclave，以驗證是否可以正常使用安裝的SGX SDK。

樣本一：啟動Enclave

Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI鏡像

阿里雲TEE SDK中提供了SGX範例程式碼用於驗證SGX功能，預設位於/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode目錄下。

安裝編譯工具。

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

設定SGX SDK相關的環境變數。

if [ "$ID" = "alinux" -a "$VERSION_ID" = "2.1903" ]; then
    source /opt/rh/devtoolset-9/enable
fi
source /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/environment

編譯範例程式碼SampleEnclave。
1. 執行以下命令，進入SampleEnclave目錄。
```
cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/SampleEnclave
```
2. 執行以下命令，編譯SampleEnclave。
```
sudo -E make
```
運行編譯出的可執行檔。
```
sudo ./app
```

Ubuntu 20.04/22.04 UEFI鏡像

執行以下命令，更新包列表。
```
sudo apt update
```
執行以下命令，安裝build-essential編譯工具。
```
sudo apt install -y build-essential
```
編譯範例程式碼SampleEnclave。
1. 執行以下命令，進入SampleEnclave目錄。
```
cd /opt/intel/sgxsdk/SampleCode/SampleEnclave/
```
2. 執行以下命令，編譯SampleEnclave。
```
sudo make SGX_DEBUG=1
```
運行編譯出的可執行檔。
```
sudo ./app
```

樣本二：SGX遠程證明

本文以Alibaba Cloud Linux 2/3 UEFI鏡像為例示範SGX遠程證明過程，阿里雲TEE SDK中提供了SGX範例程式碼用於驗證SGX功能，預設位於/opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode目錄下。

本節示範其中的SGX遠程證明樣本（QuoteGenerationSample、QuoteVerificationSample），效果為產生和驗證Quote。該樣本涉及被挑戰方（在vSGX執行個體中啟動並執行SGX程式）和挑戰方（希望驗證SGX程式是否可信的一方），其中QuoteGenerationSample為被挑戰方產生Quote的範例程式碼，QuoteVerificationSample為挑戰方驗證Quote的範例程式碼。

安裝編譯工具。
- 如果為Alibaba Cloud Linux 2 UEFI鏡像，安裝devtoolset。
  1. 安裝devtoolset。
```
sudo yum install -y devtoolset-9
```
  2. 設定devtoolset相關的環境變數。
```
source /opt/rh/devtoolset-9/enable
```
- 如果為Alibaba Cloud Linux 3 UEFI鏡像，安裝Development Tools。
```
sudo yum groupinstall -y "Development Tools"
```

設定SGX SDK相關的環境變數。

source /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/environment

安裝SGX遠程證明依賴的包。

sudo yum install -y libsgx-dcap-ql-devel libsgx-dcap-quote-verify-devel libsgx-dcap-default-qpl-devel

編譯被挑戰方範例程式碼QuoteGenerationSample。
1. 進入QuoteGenerationSample目錄。
```
cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/QuoteGenerationSample
```
2. 編譯QuoteGenerationSample。
```
sudo -E make
```
運行編譯出的可執行檔產生Quote。
```
sudo ./app
```
編譯挑戰方範例程式碼QuoteVerificationSample。
1. 進入QuoteVerificationSample目錄。
```
cd /opt/alibaba/teesdk/intel/sgxsdk/SampleCode/QuoteVerificationSample
```
2. 編譯QuoteVerificationSample。
```
sudo -E make
```

對QuoteVerificationSample Enclave進行簽名。

發布對外的正式版Enclave時，您需要提供簽名密鑰進行簽名操作。

sudo sgx_sign sign -key Enclave/Enclave_private_sample.pem -enclave enclave.so -out enclave.signed.so -config Enclave/Enclave.config.xml

運行編譯出的可執行檔驗證Quote。
```
sudo ./app
```

更新SGX SDK、PSW及DCAP軟體包

Intel^® SGX的軟體棧主要包括SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP，阿里雲建議您定期更新軟體版本以提供最佳的安全性。

執行如下命令，升級SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP相關軟體包。

sudo rpm -qa --qf "%{NAME}\n"|grep -E "sgxsdk|libsgx-|libtdx-|^sgx-|^tdx-"|sudo xargs bash -c '</dev/tty yum update "$@"' _

查看SGX SDK、SGX PSW和SGX DCAP軟體版本。

查看SGX SDK、SGX PSW軟體版本。

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)"

系統顯示類似如下圖所示。 sdk&psw

查看SGX DCAP軟體版本。

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-"

系統顯示類似如下圖所示。 dacp

已知問題

Alibaba Cloud Linux 2在核心版本4.19.91-23.al7.x86_64中所包含的SGX驅動在特定情況下存在記憶體泄露問題，該問題已在最新版本中修複，建議您更新到最新核心版本解決該問題。如果您需要繼續使用該核心版本，建議安裝補丁規避此問題，安裝命令如下。

sudo yum install -y alinux-release-experimentals && \
sudo yum install -y kernel-hotfix-5577959-23.al7.x86_64