Virtualização de Recursos

A função principal do TBS é compartilhar com eficiência determinados recursos limitados do TPM: chaves, autorização e sessões de transporte.

Quando uma instância de um desses recursos é criada, o TBS cria uma instância virtual do recurso e retorna um identificador para essa instância virtual no fluxo de comando de resultado (em vez da instância de identificador real retornada pelo TPM). O TBS mantém um mapeamento entre o identificador virtual e o identificador real internamente. Se o TPM ficar sem espaço para armazenar mais recursos de um determinado tipo, as instâncias existentes do recurso serão salvas e removidas seletivamente até que o TPM possa manter o novo recurso. Quando os recursos antigos são necessários novamente, o TBS carrega os contextos salvos (salvando e removendo outros recursos, se necessário) antes de enviar o comando.

Toda a virtualização no TBS é executada em nome de um contexto específico. Cada contexto só tem permissão para acessar recursos virtuais criados especificamente em seu nome, bem como os recursos físicos no TPM que correspondem a esses recursos virtuais. Por padrão, o número total de todos os recursos virtualizados é limitado a 500. Esse número pode ser alterado criando ou modificando um valor de registro DWORD chamado MaxResourcesem HKEY_LOCAL_MACHINE\Software\Microsoft\Tpm. O uso de recursos tbs em tempo real pode ser observado usando a ferramenta Monitor de Desempenho para acompanhar o número de recursos de TBS. Essa restrição tornou-se obsoleta com Windows 8 e Windows Server 2012.

Os recursos TPM limitados que não são virtualizados pelo TBS (como contadores e repositório NV) devem ser compartilhados cooperativamente entre pilhas de software.

Limites de recursos

O TPM permite que os chamadores consultem seus recursos para determinar quanto espaço está disponível para determinados tipos de recursos. Alguns desses limites de recursos, como a quantidade de espaço disponível para chaves, sessões de autorização e sessões de transporte, são efetivamente estendidos pelo TBS por meio da virtualização. As limitações de TBS, controladas pela configuração do Registro MaxResources , geralmente são muito maiores do que as limitações reais do hardware TPM subjacente. Nenhum mecanismo é fornecido para consultar limitações de TBS separadamente dos limites de hardware do TPM. Essa limitação de TBS tornou-se obsoleta com Windows 8 e Windows Server 2012.

Teclas

O TBS virtualiza os identificadores de chave para que as chaves possam ser descarregadas de forma transparente do TPM quando não estiverem sendo usadas e carregadas novamente no TPM quando forem necessárias. Quando uma chave é criada, o TBS associa um identificador virtual à chave carregada. O mesmo identificador virtual é usado para o tempo de vida do recurso. Os identificadores de chave virtual só são válidos no contexto que os criou e os recursos associados não são preservados além da vida útil do contexto.

• Criando chaves com TPM_LoadKey2

  Se uma chave for criada usando o comando TPM_LoadKey2, TPM2_CreatePrimary, TPM2_Load ou TPM2_LoadExternal, o TBS substituirá o identificador no fluxo de bytes de retorno por um identificador de chave virtual de sua escolha. Como resultado, o TBS garante que cada identificador virtual seja exclusivo. Se o TBS detectar uma colisão (um evento extremamente improvável), o TBS descarregará a chave do TPM e informará o software de chamada. Em seguida, o software pode reenviar a operação. Esse processo pode ser repetido até que o TBS obtenha um identificador de chave exclusivo.

• Limpar chaves

  O TBS invalida o identificador de chave virtual quando recebe uma mensagem de TPM_FlushSpecific ou TPM2_FlushContext para esse identificador virtual do contexto do cliente. Se a chave estiver fisicamente presente no TPM quando a mensagem de liberação for recebida, o TBS liberará a chave do TPM nesse momento.

• Removendo temporariamente chaves

  Ao remover uma chave do TPM para abrir espaço para um novo item, o TBS executa um comando TPM_SaveContext ou TPM2_ContextSave na chave antes de removê-la.

• Restaurando chaves

  Quando um comando que faz referência a uma chave carregada é enviado para o TBS, ele garante que a chave esteja fisicamente presente no TPM. Se a chave não estiver presente, o TBS a restaurará com uma chamada para TPM_LoadContext ou TPM2_ContextLoad. Se uma chave não puder ser restaurada para o TPM, o TBS retornará TPM_E_INVALID_KEYHANDLE como resultado do TPM.

O TBS substitui cada identificador virtual associado a uma chave em um fluxo de comando pelo identificador físico da chave carregada no TPM. Se um comando for enviado com um identificador virtual que não é reconhecido pelo TBS no contexto do chamador, o TBS formata um fluxo de erro para o chamador com TPM_E_INVALID_KEYHANDLE.

Sessões de autorização

As sessões de autorização são criadas chamando TPM_OIAP, TPM_OSAP ou TPM_DSAP. Em cada caso, o fluxo de bytes de retorno contém o identificador TPM físico da sessão de autorização recém-criada. O TBS substitui isso por um identificador virtual. Quando a sessão de autorização é referenciada posteriormente, o TBS substitui o identificador virtual no fluxo de comando pelo identificador físico da sessão de autorização. O TBS garante que o tempo de vida da sessão de autorização virtual corresponda ao da sessão de autorização física. Se um cliente tentar usar um identificador virtual expirado, o TBS formatará um fluxo de erro com TPM_INVALIDAUTHHANDLE de erro.

Os slots de sessão são limitados e o TBS pode ficar sem slots externos para salvar contextos de sessão de autorização. Se isso acontecer, o TBS escolherá uma sessão de autorização para invalidar para que o novo contexto possa ser salvo com êxito. Um aplicativo que tenta usar o contexto antigo precisará recriar a sessão de autorização.

O TBS invalida a sessão de autorização virtual quando ocorrem qualquer um dos seguintes casos:

• O sinalizador de uso contínuo associado à sessão de autorização no fluxo de comando retornado do TPM é FALSE.

• Um comando que usa uma sessão de autorização falha.

• Um comando é executado que invalida a sessão de autorização associada ao comando (como TPM_CreateWrapKey).

• Uma chave associada a uma sessão OSAP ou DSAP é removida do TPM com uma chamada para TPM_FlushSpecific ou TPM2_FlushContext (sem considerar se esse comando se originou com o TBS ou com software de nível superior).

  O TBS ressincronizará automaticamente as sessões de autorização após a execução bem-sucedida de determinados comandos não determinísticos para garantir que o estado tbs permaneça consistente com o estado do TPM. Os comandos afetados são:

  • TPM_ORD_Delegate_Manage
  • TPM_ORD_Delegate_CreateOwnerDelegation
  • TPM_ORD_Delegate_LoadOwnerDelegation

Em cada um dos seguintes casos, a sessão de autorização no TPM é liberada automaticamente pelo TPM:

• Criando sessões de autorização

  Os identificadores de sessão de autorização virtual só são válidos no contexto que os criou e os recursos associados não são preservados além da vida útil do contexto associado.

• Limpar sessões de autorização

  O TBS invalida a sessão de autorização virtual se receber um comando TPM_FlushSpecific ou TPM2_FlushContext para o identificador virtual do contexto do cliente. Se a sessão de autorização estiver fisicamente presente no TPM quando o comando flush for recebido, o TBS liberará a sessão física do TPM imediatamente.

• Removendo temporariamente sessões de autorização

  Ao remover uma sessão de autorização do TPM para abrir espaço para uma nova entidade, o TBS executa TPM_SaveContext ou TPM2_ContextSave nessa sessão de autorização.

• Restaurando sessões de autorização

  Quando um comando TPM autorizado é enviado para o TBS, o TBS garante que todas as sessões de autorização virtual mencionadas no comando estejam fisicamente presentes no TPM. Se qualquer uma das sessões de autorização não estiver presente, o TBS as restaurará com uma chamada para TPM_LoadContext ou TPM2_ContextLoad. Se uma sessão de autorização não puder ser restaurada para o TPM, o TBS retornará TPM_E_INVALID_HANDLE como resultado do TPM.

O TBS substitui cada identificador virtual associado a uma sessão de autorização em um fluxo de comando pelo identificador físico da sessão de autorização carregada no TPM.

Se um comando for enviado com um identificador virtual que não é reconhecido pelo TBS no contexto do chamador, o TBS formata um fluxo de erro para o chamador com o erro TPM_E_INVALID_HANDLE.

Sessões de transporte

As sessões de transporte são um mecanismo fornecido pelo TPM que permite que uma pilha de software criptografe dados em um comando conforme ele passa entre o software e o TPM. Isso impede que um adversário intercepte os dados conforme eles passam sobre o barramento de hardware.

Infelizmente, esse mecanismo também impede que o TBS examine os dados de carga. Na maioria dos casos, isso não é um problema porque o TBS modifica apenas identificadores, não dados de conteúdo. No entanto, no caso de TPM_LoadContext por exemplo, o identificador de recurso retornado é coberto pela criptografia. Portanto, o TBS impede tentativas de executar uma operação de TPM_LoadContext coberta por uma sessão de transporte.

O TBS bloqueia os seguintes comandos em sessão de transporte:

• TPM_EstablishTransport
• TPM_ExecuteTransport
• TPM_Terminate_Handle
• TPM_LoadKey
• TPM_EvictKey
• TPM_SaveKeyContext
• TPM_LoadKeyContext
• TPM_SaveAuthContext
• TPM_LoadAuthContext
• TPM_SaveContext
• TPM_LoadContext
• TPM_FlushSpecific

Quando qualquer um desses comandos é coberto por uma sessão de transporte, o TBS retorna TPM_E_EMBEDDED_COMMAND_UNSUPPORTED como resultado do TPM.

Os identificadores de sessão de transporte são virtualizados de maneira semelhante aos identificadores de chave e identificadores de autorização. Há um número limitado de slots de contexto de sessão de transporte salvos disponíveis no TPM.

O TBS invalida a sessão de transporte virtual se qualquer um dos seguintes casos ocorrer:

• O sinalizador de uso contínuo associado à sessão de transporte no fluxo de comando de retorno do TPM é FALSE.

  Assim como acontece com as sessões de autorização acima, o TBS ressincronizará automaticamente as sessões de transporte após a execução bem-sucedida de determinados comandos não determinísticos para garantir que o estado do TBS permaneça consistente com o estado do TPM. Os comandos afetados são:

  • TPM_ORD_Delegate_Manage
  • TPM_ORD_Delegate_CreateOwnerDelegation
  • TPM_ORD_Delegate_LoadOwnerDelegation

Em cada um desses casos, a sessão de transporte no TPM será liberada automaticamente pelo TPM:

• Criando sessões de transporte

  O TBS cria um identificador virtual para cada sessão de transporte criada por um cliente. Os identificadores de transporte virtual só são válidos no contexto que os criou e os recursos associados não são preservados além da vida útil do contexto associado.

• Limpando sessões de transporte

  O TBS invalida a sessão de transporte virtual se receber um comando TPM_FlushSpecific para o identificador virtual do contexto do cliente. Se a sessão de transporte estiver fisicamente presente no TPM quando o comando de liberação for recebido, o TBS liberará a sessão física do TPM imediatamente.

• Removendo temporariamente sessões de transporte

  Ao remover uma sessão de transporte do TPM para liberar espaço para uma nova entidade, o TBS executa TPM_SaveContext nessa sessão de transporte.

• Restaurando sessões de transporte

  Quando um comando TPM_ExecuteTransport é enviado para o TBS, o TBS garante que a sessão de transporte mencionada no comando esteja fisicamente presente no TPM. Se a sessão de transporte não estiver presente, o TBS a restaurará com uma chamada para TPM_LoadContext.

O TBS substitui o identificador virtual associado à sessão de transporte em um fluxo de comando pelo identificador físico da sessão de transporte carregada no TPM. Se um comando for enviado com um identificador virtual que não é reconhecido pelo TBS no contexto do chamador, o TBS formata um fluxo de erro para o chamador usando TPM_E_INVALID_HANDLE.

Sessões de transporte exclusivo

Sessões de transporte encapsuladas exclusivas são uma maneira de o software de nível superior determinar se algum outro software acessou o TPM durante uma cadeia de comandos. Eles não impedem que outros softwares acessem o TPM, apenas dão ao criador da sessão de transporte um meio de determinar que algum outro acesso ocorreu. O TBS não faz nada específico para dificultar sessões de transporte exclusivas, mas é um pouco incompatível com elas. O TBS tenta duplicar o comportamento natural do TPM sendo transparente, portanto, não favorece comandos de contextos que estabelecem uma sessão de transporte exclusiva. Por exemplo, se o cliente B enviar um comando quando o cliente A estiver em uma sessão de transporte exclusiva, ele invalidará a sessão de transporte exclusiva do cliente A.

Os comandos iniciados pelo TBS também podem encerrar a sessão de transporte exclusiva. Isso acontece quando o cliente A está em uma sessão de transporte exclusiva e um comando executado pelo cliente A chama um recurso que não está fisicamente presente no TPM. Essa situação dispara o gerenciador de virtualização do TBS para executar um comando TPM_LoadContext para fornecer esse recurso, que encerra a sessão de transporte exclusiva do cliente A.