密碼在軟件供應鏈安全應用
為進一步推動產業發展，更好地匯聚產學研用各方力量，聚焦關鍵軟件領域密碼應用核心問題，不斷夯實軟件產業發展基礎，共同推動軟件產業和密碼技術融合發展，12月18日，“2021年商用密碼應用創新高端研討會”在經開區國家信創園成功召開。在會上，中關村網絡安全與信息化產業聯盟EMCG工作組組長王克帶來題為《密碼在軟件供應鏈安全中的應用》的演講。
一、軟件供應鏈基本概念
背景：
2021年5月12日，拜登簽署國家執行指令（EO-14028）《改進國家網絡安全》提出24條“加強軟件供應鏈安全”。至此，美國政府對網絡空間軟件供應鏈安全治理拉開序幕。
關鍵詞：
軟件供應鏈安全（software supply chain security）
關鍵軟件（critical software）
軟件物料清單（software bill of materials,SBOM)
軟件透明度/可見性/可追溯性（transparency/visibility/traceability）
軟件標簽（software tag，label)
- 執行指令（EO-14028）“加強軟件供應鏈安全”涉及機構
- 執行指令（EO-14028）“加強軟件供應鏈安全”任務、期限及完成情況
- 軟件供應鏈框架形成（ISO、NIST、政府）
- 網絡安全事件：
1、2020年SolarWinds（太陽風）
2、2021年
3月Exchange郵件系統軟件漏洞
5月Colonial管道公司勒索軟件攻擊
12月Apache開源項目Log4j2漏洞
- 早期事件：
1、2010年伊朗核電站震網病毒
2、2016烏克蘭發電廠遭軟件攻擊
3、2017年勒索軟件WannaCry（美國國家安全局（NSA）泄露）
- 軟件代碼安全
開源代碼。甚至政務、金融、能源等重要行業使用的軟件有十八年前的開源代碼，軟件責任不可追溯，存在極大安全隱患。
- 軟件資產
另一方面，由于軟件沒有作為組織機構、企業的資產，軟件處于無臺賬狀態，pc、服務器、云計算、移動App不審核、不檢測、不簽名的現象比較普遍，軟件安全風險不能有效控制；檢測版本與實際系統運行版本存在差異，使得大量實際系統運行軟件存在來源不明，版本不一致，漏檢代碼運行帶來軟件安全隱患。
網絡空間處于“誰進來了不知道、是敵是友不知道、干了什么不知道。”的不可知、不可控狀態。
1、基本概念
- 供應鏈（Supply Chain）
《網絡供應鏈風險管理》（NIST.SP800-161 Rev.1 2021）：指各級企業之間鏈接的資源和流程，每個企業都是從產品和服務的采購開始，延伸到產品生命周期的收購方。
《防范軟件供應鏈攻擊》（CISA&NIST 2021.4）：是由參與硬件、軟件和管理服務的銷售、交付和生產的零售商、分銷商和供應商組成的網絡。
——一個產品所涉及的不同實體構成的資源、過程的鏈接。——一種關系
多實體：最少兩個實體
有向性：上游和下游，提供和接受
?軟件供應鏈（Software Supply Chain）
——一個軟件所涉及的不同實體構成的代碼、服務的鏈接。——一種關系
多實體：最少兩個實體
有向性：上游和下游，提供和接受
《防范軟件供應鏈攻擊》（CISA&NIST2021.4)：ICT供應鏈生命周期有六個階段：設計、開發和生產、分配、獲得和部署、維護，軟件也有這六個階段。
- 軟件供應鏈安全（Software Supply Chain Security）
在供應鏈生命周期每個階段，軟件被有意或無意引入惡意代碼和漏洞，給系統帶來的安全風險。（聚焦惡意代碼和漏洞，非可靠性、斷貨風險）
- 軟件供應鏈安全治理Software Supply Chain Security Governance
處理實體之間的關系，不只解決軟件自身問題（如漏洞挖掘）。
三個關系:信任關系、責任關系、技術關系。
處理軟件供應鏈全過程關系，不只解決某一環節的問題（如DevSecOps)。
解決軟件可見性、可追溯性問題：軟件是誰編制的？軟件安全性能如何？代碼是否被破壞？
處理多個實體關系依靠統一規范、標準。
- 軟件資產管理（Software Asset Management，SWAM）
一個計算機中的軟件包括固件、基本輸入/輸出系統(BIOS)、操作系統、應用程序、惡意軟件，如工具包、木馬、病毒和蠕蟲。
?軟件資產Software Asset：一行源代碼，或一個由多個產品、數千個可執行文件以及無數行代碼組成的軟件套件。軟件資產兩種形式存在：一是軟件產品，二是可執行文件。
- 軟件資產目錄（Inventory of Software）：
為企業每個計算設備安裝/執行的軟件產品和可執行文件建立管理臺賬（軟件注冊表SRL）。
- 解決的問題：
軟件授權
軟件從可信供應商獲得
減少軟件攻擊
- 技術方法：
白名單—只運行“已知的好的”或可信的軟件
黑名單—禁止運行“已知的壞軟件”或不可受信任的軟件
灰名單—目前不知是好還是壞的軟件，暫時可運行。
- 軟件數字簽名（Code Digital Signature）
白名單軟件產品可執行文件具備軟件數字簽名（或數字指紋），以識別軟件是否被非法修改，加入惡意代碼。對于自研軟件，應進行軟件數字簽名。
- 軟件物料清單（Software Bill of Materials,SBOM)
ED-14028指示商務部國家電信和信息管理局(NTIA)，發布軟件物料清單(SBOM)的“最小要素”。美國政府已將SBOM確定為推動軟件供應鏈風險管理的優先事項。
一個格式化記錄，包含在構建軟件使用的各種組件細節和供應鏈關系。軟件供應鏈安全治理手段。
SBOM的概念源自制造業，其中物料清單是詳細說明產品中包含的所有項目的清單。例如：每輛車有一份詳細的材料清單，列出了原始設備制造商自己制造和第三方供應商的零件。發現有缺陷的部件時，汽車制造商可以準確地知道哪些車輛受到影響，并通知車主維修或更換。SBOM為生產、購買和操作軟件提供信息，以增強對供應鏈的理解，跟蹤已知或新漏洞、風險。在此基礎上構建安全工具，作為提高軟件透明度的方法基礎。
- 軟件標識(SWID)標簽（Software Identification Tag)
ISO-IEC19770-2-2015_軟件資產管理—軟件標識標簽:一種標準化的數據結構，XML語言描述，支持軟件資產管理自動化。SWID標簽定義了三種標簽：軟件身份標簽、軟件補丁和補充標簽。
例子：軟件身份標簽
- 軟件標簽（Software label）
EO-14028要求國家標準與技術研究所(NIST)與聯邦貿易委員會(FTC)和其他機構協調，啟動網絡安全標簽（Software label）的試點項目。2021.11.1，NIST發布《消費者軟件網絡安全標簽的基線標準草案》。
二、密碼在軟件供應鏈安全中的應用
軟件供應鏈安全重點：提高軟件可視化、代碼完整性和可追溯性。
軟件可視化主要采用軟件物料清單（SBOM）技術；軟件完整性、可追溯性采用數字簽名/驗證密碼技術。
1、國際互聯網頭部企業合作
Google2017年與7家技術公司在聯合推出Grafeas開源計劃，為企業定義統一的審計、管理使用開源項目方法。
Linux基金會在軟件物料清單（SBOM）管理方面，建立了SPDX（The Software Package Data Exchange，軟件包數據交換），為組織共享軟件數據提供通用規范格式。7月29日全球開展《SBOM準備情況調查》。
ISO國際標準化組織，2015年發布SWID（Software Identification，軟件標識）標簽標準ISO/IEC 19770-2:2015，為組織跟蹤設備商安裝的軟件提供一種透明方式。
2、國際互聯網頭部企業合作開展軟件簽名
2021年3月10日，谷歌、Linux基金會、Red Hat以及普渡大學共同推出開源軟件簽名服務sigstore項目，提高軟件供應鏈安全。
——sigstore
提供免費證書和自動化工具，所有的證書和認證都是全球可見的、可發現的和可審計的。
讓開發人員能夠更輕松地簽名軟件發布，讓用戶更容易進行驗證。
——Grafeas開源計劃
提供一種統一審計和管理軟件供應鏈方式。同時，推出Kritis，對容器鏡像進行簽名驗證，確保只部署經過可信授權方簽名的容器鏡像，降低運行惡意代碼風險。
——TagVault.org
軟件標簽注冊和認證機構（社區），為軟件發布商提供生成滿足CPE及SWID標準的軟件認證標簽工具，并對認證標簽進行數字簽名，確保數據權威性，任何查看標簽數據的人均可驗證數據的來源，以滿足ISO/IEC19770-2：2015標準要求。
3、國內情況——標準
GB/T 36637-2018《信息安全技術ICT供應鏈安全風險管理指南》，中國電子技術標準化研究院、中科院軟件所、聯想、華為、螞蟻金服、阿里、京東、浪潮等單位起草。
GB/T 22239-2019《信息安全技術信息系統安全等級保護基本要求》對軟件采購、供應商選擇、資產管理、外包軟件開發、漏洞與風險管理、移動app來源及開發者實名簽名等提出要求。
GB/T 39786-2021《信息安全技術信息系統密碼應用基本要求》宜采用密碼技術對重要可執行程序進行完整性保護，并對其來源進行真實性驗證。
T/ZSA 3001.01-2016《企業移動智能終端應用開發、安裝、運行管控機制指南》規范企業App開發者審核、軟件開發、軟件審核與檢測、軟件簽名及驗證、軟件發布、軟件安裝及運行監管等過程。
T/ZSA 37-2020《移動智能終端密碼技術政企應用指南》提出移動App雙簽名與驗證機制。
中關村網絡安全與信息化產業聯盟、中關村標準化協會2016年發布T/ZSA 3001.01-2016《企業移動智能終端應用開發、安裝、運行管控機制指南》。
標準規定了企業移動應用軟件（App）開發者審核、軟件開發、軟件審核與檢測、軟件簽名及驗證、軟件發布、軟件安裝及運行監管等過程，為移動智能終端廠商、應用開發者、企業應用軟件服務商實施企業移動應用軟件（App）資產生命期管理提供指南。
中關村網絡安全與信息化產業聯盟、中關村標準化協會發布T/ZSA 37-2020《移動智能終端密碼技術政企應用指南》。標準提供了移動智能終端App雙簽名與驗證機制，為政府、企事業單位開展移動應用軟件管控提供代碼簽名指導。
App開發者簽名：App開發者使用其在官方機構（App分發渠道）登記的私鑰對其開發的App進行數字簽名。由于數字簽名可保證簽名數據完整性，數字簽名不可抵賴性保證了App軟件責任可溯源。
官方機構（App分發渠道）簽名：官方機構（App分發渠道）使用自己的私鑰對開發者簽名的App進行二次簽名，仍保持App開發者簽名的有效性，即“雙簽名”。采用雙簽名機制保證App是經過官方機構安全審核、檢測的，防止惡意App傳播，進一步降低App安全風險。
4、實名計算(Real-Named Computing)理論
2010年清華大學研究提出哲學指導：網絡空間與現實空間是映射的、趨同的。現實空間主體——人的社會活動需要實名，網絡空間主體——軟件運行也一定需要實名。
網絡安全事實：軟件定義一切，軟件破壞一切。軟件不管控，網絡無寧日。
定義：計算機系統運行軟件時要確認軟件的真實責任者。這樣的計算稱實名計算（Real-Named Computing）。
形式化：
定義1：P表示一個軟件，S表示數字簽名函數，S(P)A為軟件制造者A對軟件P的數字簽名，稱P‖S(P)A為實名軟件(Real-Named Software)，用Pˊ表示。
定義2：P表示一個軟件，當P運行時，計算系統須確認S(P)的簽名者。稱這種計算為實名計算(Real-Named Computing)。
——實名計算模型
圖靈實名計算
- 帶標簽圖靈機(Identified Turing Machine,ITM)
定義4 ITM=(Q,Σ,Γ,δ,q0,β,F,IM)
其中Q,Σ,Γ,δ,q0,β,F與經典圖靈機定義相同，IM表示圖靈機ITM的標簽，是ITM的唯一標識，且S(M)A滿足定義４,為圖靈機制造者A的簽名。
- 選擇模擬通用圖靈機（Selected Simulating Universal Turing Machine,SSUTM）
設M1,M2,…Mn為n個定義５的帶標簽圖靈機，為Mi,以及輸入wi的0-1編碼。先構造一個選擇模擬圖靈機SSTM，SSTM有3條帶。
由圖靈機理論可知，對于定義5的3帶圖靈機SSMT，存在一個單帶圖靈機ITMU與之等價，稱ITMU為選擇模擬通用圖靈機（Selected Simulating Universal Turing Machine,SSUTM）。顯然SSUTM和原始圖靈機等價。
- 安全的選擇模擬通用圖靈機（S-SSUTM）
定義6一個通用圖靈機，它可確定ITM M1,M2,…Mn編碼被修改,且非ITM不能在其上模擬,稱這個通用圖靈機是安全的。
定理1一個通用圖靈機是安全的,當且僅當其等價的３帶圖靈機轉換規則是SSTM轉換規則。
基于SSUTM的馮·諾依曼計算模型
可信Cyber空間軟件控制模型TCSCM
5、實名計算技術
6、實名計算工程體系
7、實名計算應用研究實踐——“軟件入伍”模型(Software-Enrollment Machine）
- 基本功能：
1)軟件注冊;
2)軟件發布;
3)軟件下載;
4)軟件遠程認證;
5)軟件本地驗證;
6)注冊軟件刪除;
7)增加注冊軟件;
- 密碼管理:
軟件簽名證書體系
軟件簽名證書發放
接受SRC、SAC、SEU用戶的證書申請、審核、簽發、發布、證書撤消申請以及CRL的簽發和發布。
密鑰管理
8、實名計算與SE、CS、TC的關系，如下圖所示：
9、政企軟件管理平臺（Government Enterprise Application Platform）
作用：
（1）依據網絡安全等級保護2.0、信息系統密碼應用國家標準；
（2）為企事業單位提供APP開發者審核、安全開發、安全檢測、數字簽名、運行管理APP資產全生命期管理服務；
（3）保證政企APP合規、安全、高品質、責任可追溯
APP國密簽名：
對APP進行國密算法多重代碼簽名與驗證的功能模塊，包含提供給開發者的簽名工具、平臺使用的自動簽名服務和SDK、平臺和手機系統可用的驗證簽名SDK和DEMO、文檔等。APP國密簽名。
GEAP安全移動終端：GEAP移動終端只運行GEAP平臺安全審核及簽名的App。
發展方向：
