9月25日，在上海外灘大會(huì)可信原生技術(shù)論壇上，螞蟻宣布開源KubeTEE，一個(gè)云原生大規(guī)模集群化機(jī)密計(jì)算框架，解決在云原生環(huán)境中TEE可信執(zhí)行環(huán)境技術(shù)特有的從開發(fā)、部署到運(yùn)維整體流程中的相關(guān)問(wèn)題。
KubeTEE開源地址：
https://github.com/SOFAEnclave/KubeTEE
背景
2018年，螞蟻集團(tuán)開始全面轉(zhuǎn)型云原生架構(gòu)。在落地云原生架構(gòu)的過(guò)程中，螞蟻集團(tuán)的工程團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，新的技術(shù)在帶來(lái)諸多紅利的同時(shí)，也帶來(lái)了很多新的挑戰(zhàn)。其中，安全是云原生架構(gòu)里被忽視的一塊短板。經(jīng)過(guò)不斷地實(shí)踐和探索，螞蟻在2020年提出了“可信原生(Trust-Native)”的理念，將可信任性滲透到云原生架構(gòu)的各層之中，打造全棧可信賴的云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，為業(yè)務(wù)保駕護(hù)航。
機(jī)密計(jì)算理念，以及可信執(zhí)行環(huán)境TEE (Trusted Execution Environment) ，作為保護(hù)應(yīng)用的運(yùn)行安全的技術(shù)，也被螞蟻引入并積極實(shí)踐，形成了SOFAEnclave機(jī)密計(jì)算技術(shù)棧。SOFAEnclave包括三大組件：
Occlum LibOS：解決業(yè)務(wù)開發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題，如傳統(tǒng)TEE應(yīng)用開發(fā)需要切分重構(gòu)，依賴SDK特定編程語(yǔ)言等問(wèn)題;
HyperEnclave：解決TEE部署環(huán)境問(wèn)題，如硬件TEE不普及、軟硬件TEE使用一致性等問(wèn)題;
KubeTEE：解決TEE集群?jiǎn)栴}，包括云原生環(huán)境特有的從開發(fā)、部署到運(yùn)維整體流程中的相關(guān)問(wèn)題。
2019年云棲大會(huì)上，螞蟻首次介紹了在SOFAEnclave機(jī)密計(jì)算技術(shù)棧方面的一些工作。一年來(lái)，Occlum LibOS已經(jīng)開源，并捐獻(xiàn)給CCC(Confidential Computing Consortium)機(jī)密計(jì)算聯(lián)盟。CCC機(jī)密計(jì)算聯(lián)盟隸屬于Linux基金會(huì)，由業(yè)界多家科技巨頭發(fā)起，致力于保護(hù)計(jì)算數(shù)據(jù)安全。Occlum捐獻(xiàn)給CCC，將成為CCC社區(qū)首個(gè)中國(guó)發(fā)起的開源項(xiàng)目。
本次KubeTEE的開源，是業(yè)界首個(gè)開源的TEE大規(guī)模集群整體解決方案。螞蟻將持續(xù)擁抱和回饋開源社區(qū)，推動(dòng)行業(yè)技術(shù)一起向前發(fā)展。
KubeTEE是什么
KubeTEE是云原生場(chǎng)景下如何使用TEE技術(shù)的一套整體解決方案，包括多個(gè)框架、工具和微服務(wù)的集合。就像其名字所暗示的，KubeTEE結(jié)合Kubernetes和TEE兩個(gè)重要技術(shù)方向，解決可信應(yīng)用從單點(diǎn)到容器化集群實(shí)施過(guò)程中的相關(guān)問(wèn)題。
KubeTEE的目標(biāo)之一是提供Serverless形態(tài)的機(jī)密計(jì)算服務(wù)，比如Trusted FaaS，讓業(yè)務(wù)方只需要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)核心邏輯，就可以簡(jiǎn)單地將之提交到TEE環(huán)境中運(yùn)行，而不用重復(fù)整套的業(yè)務(wù)服務(wù)開發(fā)、部署和運(yùn)維的流程。
KubeTEE架構(gòu)圖：
目前，KubeTEE已經(jīng)開源的組件包括：
- sgx-device-plugin：sgx容器插件，讓容器支持sgx特性，由螞蟻與阿里云團(tuán)隊(duì)共同開發(fā);
- trusted-function-framework：TFF可信應(yīng)用開發(fā)框架，簡(jiǎn)化可信函數(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程，屏蔽SGX相關(guān)細(xì)節(jié);
- enclave-configuration-service：AECS，基于遠(yuǎn)程認(rèn)證的enclave配置服務(wù);
- protobuf-sgx：經(jīng)修改以支持Enclave內(nèi)部使用的protobuf協(xié)議。
下面來(lái)介紹一下如何利用KubeTEE的這些組件來(lái)開發(fā)一個(gè)集群化的可信應(yīng)用。
讓可信應(yīng)用開發(fā)變得更簡(jiǎn)單
目前服務(wù)器端TEE技術(shù)最成熟的代表就是Intel SGX技術(shù)，目前KubeTEE相關(guān)工作也都基于SGX實(shí)現(xiàn)。要讓一個(gè)基于SGX開發(fā)的可信應(yīng)用能夠運(yùn)行起來(lái)并持續(xù)服務(wù)，除了類似一般業(yè)務(wù)的普通流程以外，還需要一些額外的SGX技術(shù)相關(guān)工作。
在沒有KubeTEE之前，整個(gè)可信應(yīng)用的開發(fā)流程看起來(lái)可能像這樣：
開發(fā)階段需要做的事情
- 選擇一個(gè)合適的開發(fā)模式開發(fā)可信應(yīng)用，比如基于SDK、某種改進(jìn)的架構(gòu)、或者Occlum這種LibOS方式。另外，為了確保軟件和平臺(tái)可信，開發(fā)者還需要實(shí)現(xiàn)一些類似遠(yuǎn)程證明和校驗(yàn)的安全相關(guān)流程。
- 需要維護(hù)可信代碼的簽名密鑰，訪問(wèn)遠(yuǎn)程證明服務(wù)器的鑒權(quán)密鑰等。
- 編譯和簽名可信應(yīng)用，如果計(jì)劃部署到容器環(huán)境，還需要制作容器鏡像。
部署、運(yùn)行和維護(hù)階段需要做的事情
- 獲取支持TEE特性的機(jī)器，并且安裝配置TEE運(yùn)行時(shí)依賴的相關(guān)組件。
- 確保運(yùn)行時(shí)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正常，比如可以訪問(wèn)遠(yuǎn)程證明服務(wù)器。
- 合理和高效地調(diào)配物理服務(wù)器資源，支持CI、測(cè)試和生產(chǎn)等使用需求。
- 發(fā)布和運(yùn)維可信應(yīng)用服務(wù)，包括擴(kuò)縮容等。
從完整的軟件工程角度看，如果讓每個(gè)業(yè)務(wù)開發(fā)團(tuán)隊(duì)都去重復(fù)這些繁瑣的工程工作，那無(wú)疑是非常低效的。KubeTEE的目標(biāo)是通過(guò)云原生的手段簡(jiǎn)化上述過(guò)程，幫助業(yè)務(wù)方更簡(jiǎn)單、更順暢地實(shí)現(xiàn)基于TEE的可信應(yīng)用和服務(wù)，具體包括可信應(yīng)用開發(fā)支持、基礎(chǔ)設(shè)施支持和微服務(wù)輔助支持等方面。
可信應(yīng)用開發(fā)支持
總體來(lái)說(shuō)，KubeTEE支持如下整個(gè)可信應(yīng)用的開發(fā)流程： 基于開發(fā)框架的應(yīng)用開發(fā) -> 應(yīng)用自動(dòng)化簽名服務(wù) -> 基于基礎(chǔ)鏡像和模板工具的容器打包和上傳。
為了滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的開發(fā)需求，在Occlum LibOS基礎(chǔ)上，KubeTEE開源了TFF可信應(yīng)用開發(fā)框架。
其中Occlum LibOS主要適用于一些不想修改的舊應(yīng)用遷移到TEE保護(hù)，或者一些基于大型框架的不適合切分的應(yīng)用，或者C++以外其他編程語(yǔ)言開發(fā)的應(yīng)用等。而TFF框架主要適用于需要嚴(yán)格控制Enclave內(nèi)部代碼性能和安全的輕量應(yīng)用場(chǎng)景，所以舍棄了對(duì)復(fù)雜應(yīng)用的兼容(這部分Occlum LibOS可以更好的支持)，理念是讓TEE原生SDK支持的分割式編程模型更加穩(wěn)定和易用。
TFF利用protobuf message簡(jiǎn)化可信和非可信部分接口函數(shù)定義的復(fù)雜度、封裝遠(yuǎn)程證明等TEE技術(shù)底層細(xì)節(jié)和流程，讓使用者只需要關(guān)心可信函數(shù)的實(shí)現(xiàn)和調(diào)用邏輯，快速實(shí)現(xiàn)可信應(yīng)用。
因?yàn)橥瑯邮褂昧藀rotobuf message來(lái)封裝數(shù)據(jù)，所以利用TFF框架開發(fā)基于gRPC的微服務(wù)也變得更容易。另外TFF還提供容器了基礎(chǔ)容器鏡像和dockerfile文件模板，幫助使用者快速制作一個(gè)可信應(yīng)用容器鏡像。
基礎(chǔ)設(shè)施支持
應(yīng)用開發(fā)就緒之后，需要部署到硬件集群環(huán)境中。在基礎(chǔ)設(shè)施方面，KubeTEE基于Kubernetes，利用云原生的方式管理和使用SGX物理機(jī)器，統(tǒng)一SGX主機(jī)環(huán)境，并抽象成容器邏輯資源池，提供統(tǒng)一的可信應(yīng)用部署服務(wù)，讓TEE硬件基礎(chǔ)設(shè)施成為一種可以按需使用的集群化資源。
KubeTEE開源的sgx-device-plugin讓業(yè)務(wù)容器啟動(dòng)時(shí)候自動(dòng)獲取TEE特性支持，同時(shí)方便集群管理和分配TEE資源。 從工程實(shí)踐角度，集群中可以隔離CI、測(cè)試、預(yù)發(fā)和生產(chǎn)環(huán)境，滿足業(yè)務(wù)不同階段對(duì)TEE基礎(chǔ)設(shè)施的需求。
微服務(wù)輔助支持
業(yè)務(wù)部署到TEE集群中以后，會(huì)產(chǎn)生一些遠(yuǎn)程證明、業(yè)務(wù)密鑰部署和共享、網(wǎng)絡(luò)代理等通用性需求，還有日志、監(jiān)控、自愈、擴(kuò)縮容等運(yùn)維系統(tǒng)需求。KubeTEE提供了一些輔助微服務(wù)來(lái)幫助業(yè)務(wù)方節(jié)省重復(fù)開發(fā)的人力和時(shí)間成本。
其中，KubeTEE開源的AECS(Attestation based Enclave Configuration Service)方案就是為了解決可信應(yīng)用多個(gè)實(shí)例間安全共享密鑰從而實(shí)現(xiàn)無(wú)狀態(tài)服務(wù)的問(wèn)題。 AECS主要提供秘鑰生成、導(dǎo)入、存儲(chǔ)、管理和分發(fā)，遠(yuǎn)程證明報(bào)告代理獲取等基礎(chǔ)功能，將來(lái)可能擴(kuò)展更多通用配置管理功能，比如證書生成和分發(fā)。同時(shí)，AECS支持多種secret格式和自定義的secret訪問(wèn)policy，支持多業(yè)務(wù)之間秘鑰隔離管理。
未來(lái)展望
目前，KubeTEE已經(jīng)可以較大程度幫助業(yè)務(wù)方降低TEE開發(fā)復(fù)雜度，但是依然任重道遠(yuǎn)。KubeTEE下一階段將更多關(guān)注云原生場(chǎng)景和機(jī)密計(jì)算的結(jié)合，持續(xù)貢獻(xiàn)更多組件以及通用服務(wù)，讓TEE的使用更高效、更簡(jiǎn)單、更云原生化。
最后，我們衷心希望，KubeTEE能和業(yè)界攜手，共建更完整的云端安全計(jì)算生態(tài)。
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