Componentes de un módulo de plataforma confiable que cumple con el estándar TPM versión 1.2
Trusted Platform Module ( TPM ) es un estándar internacional para un criptoprocesador seguro , un microcontrolador dedicado diseñado para proteger el hardware mediante claves criptográficas integradas. El término también puede referirse a un chip que cumple con el estándar ISO/IEC 11889. Los usos comunes son verificar la integridad de la plataforma (para verificar que el proceso de arranque se inicia a partir de una combinación confiable de hardware y software) y para almacenar claves de cifrado de disco.
El 9 de abril de 2014, el Trusted Computing Group anunció una importante actualización de su especificación denominada TPM Library Specification 2.0 . [6] El grupo continúa trabajando en el estándar incorporando erratas, adiciones algorítmicas y nuevos comandos, con su edición más reciente publicada como 2.0 en noviembre de 2019. [7] Esta versión se convirtió en ISO/IEC 11889:2015.
Cuando se publica una nueva revisión, el Trusted Computing Group la divide en varias partes. Cada parte consta de un documento que constituye la totalidad de la nueva especificación TPM.
Parte 1 Arquitectura (renombrada de Principios de diseño)
Parte 2 Estructuras del TPM
Parte 3 Comandos
Parte 4 Rutinas de soporte (agregadas en TPM 2.0)
Descripción general
El módulo de plataforma confiable (TPM) proporciona:
Instalaciones para la generación segura de claves criptográficas para usos limitados.
Certificación remota : crea un resumen de clave hash casi infalsificable de la configuración de hardware y software. Se puede utilizar el hash para verificar que el hardware y el software no hayan sido modificados. El software encargado de codificar la configuración determina el alcance del resumen.
Vinculación : los datos se cifran mediante la clave de vinculación del TPM, una clave RSA única derivada de una clave de almacenamiento. Los equipos que incorporan un TPM pueden crear claves criptográficas y cifrarlas para que solo el TPM pueda descifrarlas. Este proceso, a menudo denominado encapsulado o vinculación de una clave, puede ayudar a proteger la clave de la divulgación. Cada TPM tiene una clave de encapsulado maestra, denominada clave raíz de almacenamiento, que se almacena dentro del propio TPM. Los contenedores de claves RSA a nivel de usuario se almacenan con el perfil de usuario de Windows para un usuario en particular y se pueden utilizar para cifrar y descifrar información para aplicaciones que se ejecutan bajo esa identidad de usuario específica. [10] [11]
Almacenamiento sellado : especifica el estado de TPM [12] para los datos que se van a descifrar (desencriptar). [13]
Otras funciones de Trusted Computing para que los datos se descifren (desbloqueen). [14]
Los programas informáticos pueden utilizar un TPM para la autenticación de dispositivos de hardware, ya que cada chip TPM tiene una clave de aprobación (EK) única y secreta grabada en el momento de su producción. La seguridad incorporada en el hardware proporciona más protección que una solución basada únicamente en software. [15] Su uso está restringido en algunos países. [16]
Usos
Integridad de la plataforma
El objetivo principal de TPM es garantizar la integridad de una plataforma durante el arranque. En este contexto, "integridad" significa "comportarse como se espera" y una "plataforma" es cualquier dispositivo informático independientemente de su sistema operativo . Esto es para garantizar que el proceso de arranque comience a partir de una combinación confiable de hardware y software, y continúe hasta que el sistema operativo haya arrancado por completo y las aplicaciones estén ejecutándose.
Cuando se utiliza TPM, el firmware y el sistema operativo son responsables de garantizar la integridad.
Por ejemplo, la Interfaz de Firmware Extensible Unificada (UEFI) puede utilizar TPM para formar una raíz de confianza : TPM contiene varios Registros de Configuración de Plataforma (PCR) que permiten el almacenamiento seguro y la generación de informes de métricas relevantes para la seguridad. Estas métricas se pueden utilizar para detectar cambios en configuraciones anteriores y decidir cómo proceder. Se pueden encontrar ejemplos de dicho uso en Linux Unified Key Setup (LUKS), [17] BitLocker y el cifrado de memoria PrivateCore vCage. (Véase a continuación.)
Otro ejemplo de integridad de la plataforma a través de TPM es el uso de licencias de Microsoft Office 365 y Outlook Exchange. [18]
Otro ejemplo del uso de TPM para la integridad de la plataforma es la tecnología de ejecución confiable (TXT), que crea una cadena de confianza. Podría atestiguar de forma remota que una computadora está utilizando el hardware y el software especificados. [19]
Existen otros usos, algunos de los cuales dan lugar a preocupaciones sobre la privacidad . La característica de "presencia física" de TPM aborda algunas de estas preocupaciones al requerir una confirmación a nivel de BIOS / UEFI para operaciones como la activación, desactivación, borrado o cambio de propiedad de TPM por parte de alguien que esté físicamente presente en la consola de la máquina. [23] [24]
Por organizaciones
El Departamento de Defensa de los Estados Unidos (DoD) especifica que "los nuevos activos informáticos (por ejemplo, servidores, computadoras de escritorio, portátiles, clientes ligeros, tabletas, teléfonos inteligentes, asistentes digitales personales, teléfonos móviles) adquiridos para apoyar al DoD incluirán una versión 1.2 o superior de TPM cuando lo exijan las Guías de implementación técnica de seguridad (STIG) de la Agencia de sistemas de información de defensa (DISA) y cuando dicha tecnología esté disponible". El DoD prevé que se utilizará TPM para la identificación, autenticación, cifrado y verificación de la integridad de los dispositivos. [25]
Implementaciones de TPM
Módulo de plataforma confiable instalado en una placa base
Portátiles y notebooks
En 2006, se empezaron a vender nuevos ordenadores portátiles con un chip TPM integrado. En el futuro, este concepto podría colocarse en un chip de placa base existente en ordenadores o en cualquier otro dispositivo en el que se pudieran utilizar las funciones TPM, como un teléfono móvil . En un PC, se utiliza el bus de bajo recuento de pines (LPC) o el bus de interfaz periférica en serie (SPI) para conectarse al chip TPM.
Hay cinco tipos diferentes de implementaciones de TPM 2.0 (enumerados en orden de mayor a menor seguridad): [28] [29]
Los TPM discretos son chips dedicados que implementan la funcionalidad TPM en su propio paquete de semiconductores resistente a la manipulación. Son los más seguros, certificados según FIPS-140 con resistencia de seguridad física de nivel 3 [30] a ataques en comparación con las rutinas implementadas en software, y sus paquetes deben implementar cierta resistencia a la manipulación. Por ejemplo, el TPM para el controlador de frenos de un automóvil está protegido contra la piratería mediante métodos sofisticados. [31]
Los TPM integrados forman parte de otro chip. Si bien utilizan hardware que resiste errores de software, no es necesario que implementen resistencia a la manipulación. Intel ha integrado TPM en algunos de sus chipsets .
Los TPM virtuales (vTPM) son proporcionados por hipervisores en entornos de ejecución aislados que están ocultos al software que se ejecuta dentro de las máquinas virtuales para proteger su código del software de las máquinas virtuales. Pueden proporcionar un nivel de seguridad comparable al de un TPM de firmware. Google Cloud Platform ha implementado vTPM. [32]
Los TPM de software son emuladores de software de TPM que se ejecutan sin más protección que la que recibe un programa normal dentro de un sistema operativo. Dependen completamente del entorno en el que se ejecutan, por lo que no brindan más seguridad que la que puede brindar el entorno de ejecución normal. Son útiles para fines de desarrollo.
Implementaciones de código abierto
La implementación de referencia oficial de TCG de la especificación TPM 2.0 ha sido desarrollada por Microsoft . Está licenciada bajo la Licencia BSD y el código fuente está disponible en GitHub . [33]
En 2018, Intel lanzó al mercado el código fuente abierto de su pila de software Trusted Platform Module 2.0 (TPM2) con soporte para Linux y Microsoft Windows. [34] El código fuente está alojado en GitHub y tiene licencia BSD . [35] [36]
Infineon financió el desarrollo de un middleware TPM de código abierto que cumple con la especificación de API de sistema mejorado (ESAPI) de la pila de software (TSS) del TCG. [37] Fue desarrollado por el Instituto Fraunhofer para la Tecnología de la Información Segura (SIT). [38]
En 2022, AMD anunció que, en determinadas circunstancias, la implementación de fTPM causa problemas de rendimiento. Hay una solución disponible en forma de actualización del BIOS . [41] [42]
Comparación entre TPM 1.2 y TPM 2.0
Si bien TPM 2.0 aborda muchos de los mismos casos de uso y tiene características similares, los detalles son diferentes. TPM 2.0 no es compatible con versiones anteriores de TPM 1.2. [43] [44] [45]
La autorización de políticas de TPM 2.0 incluye el HMAC 1.2, la localidad, la presencia física y el PCR. Añade la autorización basada en una firma digital asimétrica, la indirección a otro secreto de autorización, contadores y límites de tiempo, valores NVRAM, un comando particular o parámetros de comando y presencia física. Permite la operación AND y OR de estas primitivas de autorización para construir políticas de autorización complejas. [58]
Recepción
El Trusted Computing Group (TCG) se ha encontrado con resistencia a la implementación de esta tecnología en algunas áreas, donde algunos autores ven posibles usos no específicamente relacionados con Trusted Computing , lo que puede generar preocupaciones sobre la privacidad. Las preocupaciones incluyen el abuso de la validación remota de software que decide qué software se puede ejecutar y las posibles formas de seguir las acciones tomadas por el usuario que se registran en una base de datos, de una manera que es completamente indetectable para el usuario. [59]
La utilidad de cifrado de disco TrueCrypt , así como su derivado VeraCrypt , no son compatibles con TPM. Los desarrolladores originales de TrueCrypt opinaban que el propósito exclusivo de TPM es "proteger contra ataques que requieren que el atacante tenga privilegios de administrador o acceso físico al equipo". El atacante que tiene acceso físico o administrativo a un equipo puede eludir TPM, por ejemplo, instalando un registrador de pulsaciones de teclas de hardware , reiniciando TPM o capturando el contenido de la memoria y recuperando las claves emitidas por TPM. El texto condenatorio llega incluso a afirmar que TPM es completamente redundante. [60] El editor de VeraCrypt ha reproducido la acusación original sin cambios más allá de reemplazar "TrueCrypt" por "VeraCrypt". [61] El autor tiene razón en que, después de lograr un acceso físico sin restricciones o privilegios administrativos, es solo cuestión de tiempo antes de que se eludan otras medidas de seguridad implementadas. [62] [63] Sin embargo, detener a un atacante en posesión de privilegios administrativos nunca ha sido uno de los objetivos de TPM (ver § Usos para más detalles), y TPM puede detener cierta manipulación física . [17] [19] [22] [23] [24]
En 2015 Richard Stallman sugirió sustituir el término "Trusted computing" por el de "Treacherous computing" debido al peligro de que se pueda hacer que el ordenador desobedezca sistemáticamente a su propietario si se le mantienen en secreto las claves criptográficas. Considera también que los TPM disponibles para PC en 2015 no son actualmente [ ¿periodo de tiempo? ] peligrosos y que no hay razón para no incluir uno en un ordenador o soportarlo en software debido a los intentos fallidos de la industria de utilizar esa tecnología para DRM , pero que el TPM2 lanzado en 2022 es precisamente la amenaza de " traicherous computing " de la que había advertido. [64]
En 2023, Linux Torvalds escribió que no hay forma de creer que la aleatoriedad generada por TPM sea mejor que la aleatoriedad generada de todos modos por la CPU, y no tiene sentido admitir la aleatoriedad de una fuente de firmware. [65]
Ataques
En 2010, Christopher Tarnovsky presentó un ataque contra los TPM en Black Hat Briefings , donde afirmó ser capaz de extraer secretos de un solo TPM. Pudo hacerlo después de 6 meses de trabajo insertando una sonda y espiando un bus interno para el PC Infineon SLE 66 CL. [66] [67]
En caso de acceso físico, las computadoras con TPM 1.2 son vulnerables a ataques de arranque en frío siempre que el sistema esté encendido o pueda arrancarse sin una frase de contraseña desde el apagado, suspensión o hibernación , que es la configuración predeterminada para las computadoras Windows con cifrado de disco completo BitLocker. [68] Se propuso una solución, que se ha adoptado en las especificaciones para TPM 2.0.
En 2009, se descubrió que el concepto de datos de autorización compartidos en TPM 1.2 tenía fallas. Un adversario que tuviera acceso a los datos podría falsificar las respuestas del TPM. [69] Se propuso una solución, que se adoptó en las especificaciones para TPM 2.0.
Las principales distribuciones de Trusted Boot (tboot) anteriores a noviembre de 2017 se ven afectadas por un ataque de raíz de confianza dinámica para medición (DRTM) CVE - 2017-16837, que afecta a las computadoras que ejecutan la tecnología Trusted eXecution (TXT) de Intel para la rutina de arranque. [72]
En 2018, se informó de una falla de diseño en la especificación TPM 2.0 para la raíz de confianza estática para la medición (SRTM) ( CVE - 2018-6622). Esta falla permite a un adversario restablecer y falsificar registros de configuración de la plataforma que están diseñados para almacenar de forma segura las mediciones del software que se utilizan para arrancar una computadora. [73] Para solucionarlo, se requieren parches de firmware específicos del hardware. [73] Un atacante abusa de las interrupciones de energía y las restauraciones del estado de TPM para engañar a TPM y hacerle creer que se está ejecutando en componentes no alterados. [72]
En 2021, el Grupo Dolos mostró un ataque a un TPM discreto, en el que el chip TPM en sí tenía cierta resistencia a la manipulación, pero los otros puntos finales de su bus de comunicación no. Leyeron una clave de cifrado de disco completo a medida que se transmitía a través de la placa base y la usaron para descifrar el SSD de la computadora portátil. [74]
La polémica por la generación de claves débiles en 2017
En octubre de 2017, se informó que una biblioteca de códigos desarrollada por Infineon , que se había utilizado ampliamente en sus TPM, contenía una vulnerabilidad, conocida como ROCA, que generaba pares de claves RSA débiles que permitían inferir claves privadas a partir de claves públicas . Como resultado, todos los sistemas que dependen de la privacidad de dichas claves débiles son vulnerables a ataques, como robo de identidad o suplantación de identidad. [75]
Los criptosistemas que almacenan claves de cifrado directamente en el TPM sin cegamiento podrían correr un riesgo particular ante este tipo de ataques, ya que las contraseñas y otros factores carecerían de importancia si los ataques pueden extraer secretos de cifrado. [76]
Infineon ha publicado actualizaciones de firmware para sus TPM a los fabricantes que los han utilizado. [77]
Disponibilidad
Actualmente, casi todos los fabricantes de PC y portátiles incluyen un TPM en sus productos.
TPM
El TPM lo implementan varios proveedores:
Infineon ofrece chips y software TPM, que se entregan como versiones OEM con los nuevos ordenadores, así como por separado para los productos con tecnología TPM que cumplen las normas TCG. Por ejemplo, Infineon licenció el software de gestión TPM a Broadcom Corp. en 2004. [78]
Microchip (anteriormente Atmel) fabricó dispositivos TPM que afirma cumplir con la especificación del Módulo de Plataforma Confiable versión 1.2 revisión 116 y se ofrecieron con varias interfaces (LPC, SPI e I2C), modos (modo certificado FIPS 140-2 y modo estándar), grados de temperatura (comercial e industrial) y paquetes (TSSOP y QFN). [79] [80] [81] Sus TPM admiten PC y dispositivos integrados. [79] También proporciona kits de desarrollo TPM para respaldar la integración de sus dispositivos TPM en varios diseños integrados. [82]
Nuvoton Technology Corporation ofrece dispositivos TPM para aplicaciones de PC. Nuvoton también ofrece dispositivos TPM para sistemas integrados y aplicaciones de Internet de las cosas (IoT) a través de interfaces de host I2C y SPI. El TPM de Nuvoton cumple con Common Criteria (CC) con nivel de garantía EAL 4 aumentado con ALC_FLR.1, AVA_VAN.4 y ALC_DVS.2, FIPS 140-2 nivel 2 con seguridad física y EMI/EMC nivel 3 y requisitos de cumplimiento del Trusted Computing Group , todo ello compatible con un único dispositivo. Los TPM producidos por Winbond ahora forman parte de Nuvoton. [83]
STMicroelectronics ha proporcionado TPM para plataformas de PC y sistemas integrados desde 2005. La oferta de productos [84] incluye dispositivos discretos con varias interfaces que admiten la interfaz periférica en serie (SPI) e I²C y diferentes grados de calificación (consumo, industria y automoción). Los productos TPM tienen certificación Common Criteria (CC) EAL4+ aumentada con ALC_FLR.1 y AVA_VAN.5, certificación FIPS 140-2 nivel 2 con nivel de seguridad física 3 y también certificación Trusted Computing Group (TCG).
También existen tipos híbridos; por ejemplo, el TPM se puede integrar en un controlador Ethernet , eliminando así la necesidad de un componente de placa base separado. [85] [86]
Actualización de campo
La actualización de campo es el término de TCG para actualizar el firmware de TPM. La actualización puede ser entre TPM 1.2 y TPM 2.0, o entre versiones de firmware. Algunos proveedores limitan la cantidad de transiciones entre 1.2 y 2.0, y otros restringen la reversión a versiones anteriores. [ cita requerida ] Los fabricantes de equipos originales de plataformas como HP [87] proporcionan una herramienta de actualización.
Desde el 28 de julio de 2016, todos los nuevos modelos, líneas o series de dispositivos Microsoft (o la actualización de la configuración de hardware de un modelo, línea o serie existente con una actualización importante, como CPU, tarjetas gráficas) implementan y habilitan de forma predeterminada TPM 2.0.
Mientras que las piezas TPM 1.2 son componentes de silicio discretos, que normalmente se sueldan a la placa base, TPM 2.0 está disponible como un componente de silicio discreto (dTPM) en un único paquete de semiconductores, un componente integrado incorporado en uno o más paquetes de semiconductores, junto con otras unidades lógicas en los mismos paquetes, y como un componente basado en firmware (fTPM) que se ejecuta en un entorno de ejecución confiable (TEE) en un sistema en un chip (SoC) de propósito general. [88]
La biblioteca libtpms proporciona emulación de software de un módulo de plataforma confiable (TPM 1.2 y TPM 2.0). Su objetivo es la integración de la funcionalidad TPM en hipervisores, principalmente en Qemu. [90]
Sistemas operativos
Windows 11 requiere compatibilidad con TPM 2.0 como requisito mínimo del sistema. [91] [92] En muchos sistemas, TPM está deshabilitado de forma predeterminada, lo que requiere cambiar la configuración en la UEFI de la computadora para habilitarlo. [93]
Windows 8 y versiones posteriores tienen soporte nativo para TPM 2.0.
Windows 7 puede instalar el parche oficial para agregar compatibilidad con TPM 2.0. [94]
El módulo de plataforma confiable 2.0 (TPM 2.0) ha sido compatible con el kernel de Linux desde la versión 3.20 (2012) [95] [96] [97]
Plataformas
Google incluye TPM en Chromebooks como parte de su modelo de seguridad. [98]
Oracle envía TPM en sus sistemas de las series X y T, como los servidores de las series T3 o T4. [99] El soporte está incluido en Solaris 11. [ 100]
En 2006, con la introducción de los primeros modelos de Macintosh con procesadores Intel, Apple comenzó a comercializar Macs con TPM. Apple nunca proporcionó un controlador oficial, pero había un puerto disponible bajo licencia GPL . [101] Apple no ha comercializado un ordenador con TPM desde 2006. [102]
En 2011, el fabricante taiwanés MSI lanzó su tableta Windpad 110W con una CPU AMD y la plataforma de seguridad Infineon TPM, que se entrega con la versión 3.7 del software de control. El chip está deshabilitado de forma predeterminada, pero se puede habilitar con el software incluido preinstalado. [103]
Virtualización
El hipervisor VMware ESXi admite TPM desde la versión 4.x y, a partir de la versión 5.0, está habilitado de forma predeterminada. [104] [105]
El hipervisor Xen admite TPM virtualizados. Cada invitado obtiene su propio TPM de software emulado y exclusivo. [106]
KVM , combinado con QEMU , tiene soporte para TPM virtualizados. A partir de 2012 [actualizar], admite pasar el chip TPM físico a un único invitado dedicado. QEMU 2.11, lanzado en diciembre de 2017, también proporciona TPM emulados a los invitados. [107]
VirtualBox tiene soporte para dispositivos virtuales TPM 1.2 y 2.0 a partir de la versión 7.0 lanzada en octubre de 2022. [108]
Software
Los sistemas operativos de Microsoft Windows Vista y posteriores utilizan el chip junto con el componente de cifrado de disco incluido llamado BitLocker . Microsoft había anunciado que a partir del 1 de enero de 2015, todas las computadoras tendrán que estar equipadas con un módulo TPM 2.0 para pasar la certificación de hardware de Windows 8.1 . [109] Sin embargo, en una revisión de diciembre de 2014 del Programa de Certificación de Windows, esto se convirtió en un requisito opcional. Sin embargo, TPM 2.0 es necesario para los sistemas en espera conectados . [110] Las máquinas virtuales que se ejecutan en Hyper-V pueden tener su propio módulo TPM virtual a partir de Windows 10 1511 y Windows Server 2016. [111] Microsoft Windows incluye dos comandos relacionados con TPM : tpmtool , una utilidad que se puede utilizar para recuperar información sobre el TPM, y tpmvscmgr , una herramienta de línea de comandos que permite crear y eliminar tarjetas inteligentes virtuales TPM en una computadora. [112] [113]
Para utilizar un TPM, el usuario necesita una biblioteca de software que se comunique con el TPM y proporcione una API más amigable que la comunicación TPM sin formato. Actualmente, existen varias bibliotecas TPM 2.0 de código abierto. Algunas de ellas también son compatibles con TPM 1.2, pero la mayoría de los chips TPM 1.2 ya no se utilizan y el desarrollo moderno se centra en TPM 2.0.
Por lo general, una biblioteca TPM proporciona una API con asignaciones uno a uno a los comandos TPM. La especificación TCG denomina a esta capa la API del sistema (SAPI). De esta manera, el usuario tiene más control sobre las operaciones TPM, aunque la complejidad es alta. Para ocultar parte de la complejidad, la mayoría de las bibliotecas también ofrecen formas más sencillas de invocar operaciones TPM complejas. La especificación TCG denomina a estas dos capas API del sistema mejorado (ESAPI) y API de funciones (FAPI).
Actualmente, solo hay una pila que sigue la especificación TCG. Todas las demás bibliotecas TPM de código abierto disponibles utilizan su propia forma de API más completa.
^ Existe un proyecto independiente llamado "CHARRA" de Fraunhofer [141] que utiliza la biblioteca tpm2-tss para la certificación remota. Las otras pilas tienen servidores de certificación que los acompañan o incluyen directamente ejemplos para la certificación. IBM ofrece su servidor de certificación remota de código abierto llamado "IBM ACS" en SourceForge y Google tiene "Go-Attestation" disponible en GitHub, mientras que "wolfTPM" ofrece ejemplos de certificación local y de tiempo directamente en su código de código abierto, también en GitHub.
^ Hay una nota de aplicación [142] sobre un proyecto de ejemplo para el SoC AURIX de 32 bits que utiliza la biblioteca tpm2-tss.
^ Requiere bibliotecas adicionales (dotnet) para ejecutarse en Linux.
Estas bibliotecas TPM también se denominan a veces pilas TPM, porque proporcionan la interfaz para que el desarrollador o el usuario interactúen con el TPM. Como se ve en la tabla, las pilas TPM abstraen el sistema operativo y la capa de transporte, de modo que el usuario podría migrar una aplicación entre plataformas. Por ejemplo, al utilizar la API de la pila TPM, el usuario interactuaría de la misma manera con un TPM, independientemente de si el chip físico está conectado a través de la interfaz SPI, I2C o LPC al sistema host.
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