为何云计算巨头都在布局机密计算？

科技云报道原创。

众所周知，数据安全的三大支柱分别是：保护静态数据、传输中数据和使用中数据。其中，静态加密和传输中的数据加密，大家都很熟悉。

但是随着企业业务上云，面临的最大挑战之一，就是如何保护使用中的数据，即在保持敏感数据的同时，还能保持数据的私有状态。

之所以保护使用中的数据特别困难，原因在于应用程序需要明文数据（未经加密或其他方式保护的数据）才能进行计算，这意味着恶意软件可以转存内存中的内容以窃取信息。如果数据在内存中被泄露，服务器硬盘上的数据加密就变得不再重要。

正因如此，机密计算（Confidential Computing）的概念诞生了。2019年，机密计算首次被Gartner列入《2019年云安全技术成熟度曲线报告》。2020年，机密计算仍是Gartner云安全成熟度曲线上的33中技术之一。

机密计算的应用场景

机密计算的原理在于，使用基于硬件的技术将数据、特定功能或整个应用程序与操作系统、虚拟机管理程序或虚拟机管理器以及其他特权进程隔离开来。数据存储在可信执行环境(TEE)中，即使借助调试器，也无法从外部查看数据或对数据执行的操作。TEE确保只有授权的代码才能访问数据。如果代码被更改或被篡改，TEE将拒绝操作。

机密计算旨在保护敏感的代码和数据，可以解决区块链、秘钥管理、金融、AI、多方计算、数据租赁、边缘计算等诸多应用场景中“信任”难题，例如：

多个不互信组织之间的数据融合与联合分析区块链上的智能合约的机密性保护公有云平台对攻击的防御、高敏感信息的安全保护保护AI模型等核心机密数据和知识产权保护云边端三位一体相互通信的安全以及隐秘性在Enclave中保护支付、交易的安全性

此外，机密计算还可以带来与安全无关的好处，如：图像处理应用程序可以将文件存储在TEE中，而不是将视频流发送到云端，因而节省带宽并缩短延迟。该应用程序甚至可以在处理器层面划分这类任务，主CPU负责大部分处理，但依靠网卡上的TEE处理敏感计算。

虽然从理论上来讲机密计算大有用处，但它并非立即可用。Gartner预计需要等5年至10年，它才会普遍使用。

科技巨头入局机密计算

作为一种前瞻性的安全技术，目前全球的科技巨头都已纷纷入局，大力探索和推广机密计算技术。

微软Azure

2017年，微软宣布推出名为“机密计算”的Azure云平台的新功能。该功能允许在Azure上运行的应用程序时，在静态、传输中和内存计算时都能保持数据加密。

在实现方式上，微软的机密计算有两种模式：一种是基于虚拟机，另一种则使用英特尔推出的Skylake-SP Xeon处理器中的SGX（“软件防护扩展”）功能。

虚拟机模式，使用Windows 10和Windows Server 2016中引入的Hyper-V的虚拟安全模式（VSM）功能。

使用VSM，应用程序的大部分部分将在常规操作系统的普通虚拟机中运行。受保护的TEE部件将在单独的虚拟机中运行，该虚拟机仅包含基本存根操作系统（足以与常规VM通信）以及只需要处理敏感数据的应用程序代码的那些部分。

即使应用程序受到攻击并且攻击者可以访问主虚拟机，VSM TEE中的数据将无法访问，因为Hyper-V使虚拟机彼此分开。攻击者必须妥协Hyper-V本身才能突破这种隔离。

SGX模式，使用处理器功能在常规流程中切出TEE，而不需要虚拟机。处理器本身将对来自存储器的数据进行加密和解密，使得数据仅在处理器本身内被解密。

有了这种模式，Hyper-V的安全性并不重要。应用程序唯一需要信任的，是处理器及其实施的SGX。有了SGX，没人可以看到TEE中的数据。

阿里云

在国内，阿里云是亚太区第一个推出基于SGX（（Software Guard Extensions ）加密计算的云服务商。2017年，阿里云与英特尔联合发布了基于芯片级的SGX加密计算技术，保障云上客户数据安全。

基于Intel SGX加密计算技术，阿里云为云上客户提供了系统运行时的可信能力。云上开发者可以利用SGX技术提供的可信执行环境，将内存中的关键代码和数据保护起来。

即使具备更高特权的系统组件包括BIOS、虚拟化底层、操作系统内核，以及高特权进程也都无法获得关键代码和数据，让客户可以摆脱对云平台的依赖，通过拥有云上的可信执行环境，防止数据被窃取或被篡改。

2018年，基于SGX技术，阿里云又推出了基于SGX技术的区块链服务平台；2019年的云栖大会，阿里云智能也与阿里云数据库团队联合发布了全加密数据库产品。

谷歌云

在今年的Google Cloud Next '20大会上，谷歌云（Google Cloud）也推出了一款基于机密计算的安全产品——“可保密虚拟机”(Confidential VMs)。这种新型的虚拟机可以利用谷歌的加密计算，实现对静止状态和内存内数据的保密。

根据谷歌云的介绍，机密虚拟机建立在第二代AMD芯片EPYC处理器上，通过较低的计算能力为客户加密数据以完成机密计算，客户能够以加密的方式在谷歌云上运行其工作负载。

谷歌云方面表示，机密虚拟机的安全级别非常高，可以解锁新的计算方案。这些机密虚拟机与真正用在加密和基于N2D高性能虚拟机相同，都是基于AMD EPYC安全加密虚拟化（SEV），该技术可以在保持其性能的同时，对虚拟机内存进行加密，利用AMD安全处理器生成密钥，从而锁定虚拟机内存，不仅限制了公司数据的访问，还限制了主机上运行虚拟机的访问。

此外，机密虚拟机将与谷歌的安全强化型虚拟机结合，为客户提供额外的机密影像。这为客户将工作负载转移到谷歌云上提供了更多的动力支撑。

机密计算联盟CCC

2019年8月，在Linux基金会下启动成立了机密计算联盟（CCC），旨在为机密计算定义标准，并支持开源工具的开发和采用。成员包括阿里巴巴、AMD、Arm、Facebook、Fortanix、谷歌、华为、IBM、英特尔、微软、Oracle、瑞士电信、腾讯和VMware等巨头。

目前，机密计算联盟支持少数几个开源项目，包括英特尔GX SDK for Linux、微软的Open Enclave SDK和Red Hat的Enarx。

但并非项目得到该联盟的认可，才可以被认为是机密计算，比如：谷歌的Asylo与Enarx很相似，微软Azure的机密计算服务同时支持英特尔SGX和微软的虚拟安全模式，都可以被纳入机密计算的范畴。

尽管机密计算的出现可能促使更多的企业使用云计算、区块链等服务，但值得注意的是，机密计算在应用方面仍然处于起步阶段，例如：机密计算底层依赖的TEE技术，带来了额外的功能限制和兼容问题，这使得机密计算的开发者面临应用开发难等障碍。

机密计算技术在实际应用场景中将如何落地，是否真的能有效保护数据安全，还有待进一步观察。

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