Обзор технологии доверенного платформенного модуля
В этой статье описывается доверенный платформенный модуль (TPM) и его использование в Windows для управления доступом и проверки подлинности.
Описание компонента
Технология доверенного платформенного модуля (TPM) предназначена для предоставления аппаратных функций, связанных с безопасностью. Микросхема TPM — это защищенный криптографический процессор, предназначенный для выполнения криптографических операций. Микросхема имеет несколько физических механизмов обеспечения безопасности, которые делают ее устойчивой к несанкционированному вмешательству, и вредоносное программное обеспечение не может взломать функции безопасности TPM. Ниже приведены некоторые преимущества использования технологии доверенного платформенного платформенного модуля.
- создание, сохранение и ограничение использования криптографических ключей;
- Используйте его для проверки подлинности устройства с помощью уникального ключа RSA доверенного платформенного модуля, который сгорает в микросхему.
- Помогите обеспечить целостность платформы, принимая и сохраняя измерения безопасности процесса загрузки.
Самые распространенные функции TPM используются для оценки целостности системы, а также для создания и применения ключей. Во время загрузки системы загружаемый загрузочный код (в том числе встроенное ПО и компоненты операционной системы) можно проверить и записать в модуль TPM. Оценку целостности можно использовать для проверки запуска системы и подтверждения того, что ключ на основе TPM использовался, только когда система была загружена с правильным программным обеспечением.
Ключи на основе доверенного платформенного модуля можно настроить различными способами. Например, можно сделать ключ на основе TPM недоступным за пределами модуля. Это удобно для защиты от фишинга, так как в этом случае ключ не может быть скопирован и использован без TPM. Ключи на основе TPM также можно настроить для ввода значения авторизации. Если происходит слишком много неправильных предположений авторизации, доверенный платформенный модуль активирует логику атаки словаря и предотвращает дальнейшие угадки значений авторизации.
Разные версии TPM определены в спецификации организации TCG. Дополнительные сведения см. на веб-сайте TCG.
Требования к выпуску и лицензированию Windows
В следующей таблице перечислены выпуски Windows, поддерживающие доверенный платформенный модуль (TPM):
| Windows Pro | Windows Корпоративная | Windows Pro для образовательных учреждений/SE | Windows для образовательных учреждений |
|---|---|---|---|
| Да | Да | Да | Да |
Права на лицензии доверенного платформенного модуля (TPM) предоставляются следующими лицензиями:
| Windows Pro/Pro для образовательных учреждений/SE | Windows Корпоративная E3 | Windows Корпоративная E5 | Windows для образовательных учреждений A3 | Windows для образовательных учреждений A5 |
|---|---|---|---|---|
| Да | Да | Да | Да | Да |
Дополнительные сведения о лицензировании Windows см. в статье Обзор лицензирования Windows.
Автоматическая инициализация TPM в Windows
Начиная с Windows 10 и Windows 11 операционная система автоматически инициализирует TPM и берет его под контроль. Это означает, что в большинстве случаев мы не рекомендуем настраивать TPM с помощью консоли управления TPM, TPM.msc. Существует несколько исключений, в основном связанных со сбросом или чистой установкой на компьютере. Дополнительные сведения см. в разделе Удаление всех ключей из TPM.
В некоторых корпоративных сценариях в Windows 10 версии 1507 и 1511 можно использовать групповую политику для резервного копирования значения авторизации владельца TPM в Active Directory. Состояние TPM сохраняется для разных установок операционной системы, поэтому данные TPM хранятся в Active Directory отдельно от объектов-компьютеров.
Практическое применение
На компьютерах с TPM можно устанавливать и создавать сертификаты. После подготовки компьютера закрытый ключ RSA для сертификата привязывается к TPM и не может быть экспортирован. TPM также можно использовать в качестве замены смарт-картам, что сокращает затраты, связанные с созданием и оплатой смарт-карт.
Автоматизированная подготовка в TPM снижает стоимость развертывания TPM на предприятии. Новые API для управления TPM могут определить, требуется ли для подготовки TPM физическое присутствие специалиста для подтверждения запросов на изменение состояния TPM во время загрузки.
Программное обеспечение для защиты от вредоносных программ может использовать загрузочные измерения состояния запуска операционной системы, чтобы доказать целостность компьютера под управлением Windows. Эти измерения включают запуск Hyper-V для проверки того, что центры обработки данных, использующие виртуализацию, не работают с ненадежными гипервизорами. Вместе с сетевой разблокировкой BitLocker ИТ-администраторы могут передавать обновление, при этом компьютер не будет ожидать ввода ПИН-кода.
В TPM есть ряд параметров групповой политики, которые могут быть полезны в некоторых корпоративных сценариях. Дополнительные сведения см. в разделе Параметры групповой политики TPM.
Аттестация работоспособности устройства
Аттестация работоспособности устройства позволяет предприятиям установить отношение доверия на основе аппаратных и программных компонентов управляемого устройства. С помощью аттестации тепла устройства можно настроить сервер MDM для запроса службы аттестации работоспособности, которая разрешает или запрещает управляемому устройству доступ к защищенному ресурсу.
Некоторые проблемы безопасности, которые можно проверка на устройствах:
- Предотвращение выполнения данных поддерживается и включено?
- Шифрование диска BitLocker поддерживается и включено?
- Безопасная загрузка поддерживается и включена?
Windows поддерживает аттестацию работоспособности устройств с TPM 2.0. Доверенный платформенный модуль 2.0 требует встроенного ПО UEFI. Устройство с устаревшей версией BIOS и TPM 2.0 не будет работать должным образом.
Поддерживаемые версии для подтверждения работоспособности устройства
| Версия TPM | Windows 11 | Windows 10 | Windows Server 2022 | Windows Server 2019 | Windows Server 2016 |
|---|---|---|---|---|---|
| TPM 1.2 | >= версия 1607 | Да | >= версия 1607 | ||
| TPM 2.0 | Да | Да | Да | Да | Да |
Что такое ТРМ (Trusted Platform Module)?
Доверенный платформенный модуль (TPM) – это микросхема, предназначенная для реализации основных функций, связанных с обеспечением безопасности, главным образом с использованием ключей шифрования. Модуль TPM обычно установлен на материнской плате настольного или переносного компьютера и осуществляет взаимодействие с остальными компонентами системы посредством системной шины.
Компьютеры, оснащенные модулем TPM (рис. 1), имеют возможность создавать криптографические ключи и зашифровывать их таким образом, что они могут быть расшифрованы только модулем TPM (рис. 2). Данный процесс, часто называемый «сокрытием» ключа («wrapping» key) или «привязкой» ключа («binding» key), помогает защитить ключ от раскрытия. В каждом модуле TPM есть главный скрытый ключ, называемый ключом корневого хранилища (Storage Root Key, SRK), который хранится в самом модуле TPM. Закрытая часть ключа, созданная в TPM, никогда не станет доступна любому другому компоненту системы, программному обеспечению, процессу или пользователю.
Компьютеры, оснащенные модулем TPM, также могут создавать ключи, которые будут не только зашифрованы, но и привязаны к определенной системной конфигурации. Такой тип ключа может быть расшифрован только в том случае, если характеристика платформы, на которой его пытаются расшифровать, совпадает с той, на которой этот ключ создавался. Данный процесс называется «запечатыванием» ключа в модуле TPM. Дешифрование его называется «распечатыванием» («unsealing»). Модуль TPM также может запечатывать и распечатывать данные, созданные вне модуля TPM. При использовании запечатанного ключа и такого программного обеспечения, как BitLocker™ Drive Encryption, Вы можете обеспечить блокировку данных до тех пор, пока они не будут перенесены на компьютер с подходящей аппаратной или программной конфигурацией.
При использовании модуля TPM закрытая часть пар ключей хранится вне памяти, доступ к которой имеет операционная система. Ключи могут быть запечатаны модулем TPM, при этом точное решение о том, является ли система надежной, будет принято до того, как ключи будут распечатаны и готовы к использованию. Поскольку модуль TPM для обработки инструкций использует собственное встроенное программное обеспечение и логические схемы, его работа не зависит от операционной системы. Благодаря этому обеспечивается его защита от возможных уязвимостей внешнего программного обеспечения.
Немeцкие эксперты предупреждали правительство, что переход на операционную систему Windows 8.1 несет в себе «неприемлемый риск». Дело в том, что компьютеры с этой ОС поддeрживают функцию Trusted Computing с установкой чипа Trusted Platform Module (TPM).
Если раньше поддержка TPM была опциональной и отключаемой, то с пeреходом на спецификации TPM 2.0 этот стандарт станет обязательным для всех устройств под Windows 8.1 и функция не пoдлежит дезактивации.
Trusted Platform Module (TPM) — криптопроцессор, в котором хранятся криптогpафические ключи для защиты информации. Библиотека TPM в операционной системе преднaзначена для проверки цифровой подписи программ, для установки апдейтов в диcтанционном режиме и т.д. Фактически, компьютер с TPM 2.0 нельзя рассматривать как устройство, нaходящееся под полным контролем пользователя..
Спецификации TPM разpаботаны некоммерческой организацией Trusted Computing Group, в кoторую входят только американские компании AMD, Cisco, Hewlett-Packard, IBM, Intel, Microsoft и Wave Systems.
Немецкое издание Die Zeit получила в свое распоряжение внутренние документы правительства Германии, кoторые содержат оценку безопасности TPM 2.0 со стороны незавиcимых экспертов. Они предупреждают, что TPM можно рассматривать как бэкдoр и есть большая вероятность, что доступ к криптографическим ключам имеет Агентство нaциональной безопасности.
Недавно компания Microsoft объявила, что с янвaря 2015 года поддержка стандарта TPM 2.0 станет обязательной для всех сертифицировaнных устройств Windows. В конце июня были скорректированы документы для сертификации, в соотвeтствии с новыми требованиями на 2014 и 2015 годы.
(UPD 23.08.2013. Федеральное управление по информациoнной безопасности Германии опубликовало официальнoе заявление, в котором опровергло информацию о том, что ее эксперты когда-либо предупреждали кого-либо об опасности установки Windows 8, хотя и признали нaличие некоторых сомнений относительно связки Windows 8 с аппаратным обеспечением TPM 2.0).
Что такое доверенный платформенный модуль (TPM)?
Доверенный платформенный модуль (TPM) используется для повышения безопасности компьютера. Он используется такими службами, как шифрование диска BitLocker, Windows Hello и другие, для безопасного создания и хранения криптографических ключей, а также для подтверждения того, что операционная система и встроенное ПО на вашем устройстве соответствуют указанным сведениям и не были изменены.
Как правило, это отдельная микросхема на системной плате, хотя стандарт TPM 2.0 позволяет изготовителям, например Intel или AMD, встраивать возможности доверенного платформенного модуля в набор микросхем.
Доверенный платформенный модуль используется уже более 20 лет и входит в состав компьютеров с 2005 г. В 2016 г. версия TPM 2.0 (текущая версия на момент написания этой статьи) стала стандартом для новых компьютеров.
Что такое криптографический ключ?
Когда вы шифруете данные, чтобы защитить их от посторонних глаз, программа для шифрования берет фрагмент данных, который нужно зашифровать, и объединяет его с длинной случайной строкой символов, чтобы создать новый (зашифрованный) фрагмент данных. Длинная случайная строка символов, используемая программой для шифрования, является криптографическим ключом.
Примечание: Незашифрованные данные называются «открытым текстом». Зашифрованная версия этих данных называется «зашифрованным текстом».
Расшифровать такой текст и прочитать исходный фрагмент данных может только пользователь, у кого есть правильный криптографический ключ.
Имеется ли на моем компьютере доверенный платформенный модуль?
Существует высокая вероятность того, что на вашем компьютере уже есть доверенный платформенный модуль и, если ему менее 5 лет, это версия TPM 2.0.
Чтобы узнать, есть ли доверенный платформенный модуль на вашем компьютере с Windows 10, выберите Пуск > Параметры > Обновление и безопасность > Безопасность Windows > Безопасность устройства. Если он у вас есть, на экране будет отрезок Процессор безопасности.
Совет: Если вы не видите раздел Процессор безопасности, возможно, на вашем устройстве есть TPM, но она отключена. Чтобы узнать, как включить его, см. статью Включение TPM 2.0 на компьютере.
Далее нужно узнать, какая версия доверенного платформенного модуля есть на вашем компьютере. Выберите Сведения об обработчике безопасности и на появившемся экране найдите версию спецификации. Должна быть указана версия 1.2 или 2.0.
Важно: Для Windows 11 требуется TPM 2.0. Дополнительные сведения см. в статье Требования к системе для Windows 11.
Хотите узнать больше о доверенном платформенном модуле? См. статью Обзор технологии доверенного платформенного модуля.
О TPM подробно
Что это за загадочный маленький чип такой, который необходим для Windows 11? Дэриен Грэм-Смит разбирается.
Купи вы сегодня компьютер с Windows ОС, и в нём наверняка будет модуль TPM. Доверенный платформенный модуль – это, по сути, обычный чип, который отвечает за безопасность. Разработала его Trusted Computing Group. Это отраслевая организация с более чем 100 членами, в том числе AMD, Dell, Google, Intel, Lenovo и Microsoft. Вместе они работают над тем, чтобы сделать вычислительные устройства и приложения более защищёнными.
Организация так или иначе функционировала с 1999 года. Первый TPM-стандарт, где в полной мере изложена функциональность модуля, опубликовала в 2009 году (любопытно, что представлен он был в версии 1.2). Разработчики быстро взяли его на вооружение. Случилось это отчасти благодаря тому, что его стала поддерживать Windows Vista. В 2015-м в спецификацию TPM 2.0 добавили несколько функций, а модуль по-прежнему оставался передовой технологией для «доверенных вычислений».
Несмотря на широкое распространение, TPM всегда был необязательным компонентом. Включать ли его в дизайн устройства, решал производитель. Пользователь же в свою очередь решал, включать ли его в настройках BIOS. Однако с выходом Windows 11 расклад поменялся. Microsoft объявила, что будет поддерживать последнюю версию ОС только на тех компьютерах, где установлен и включён TPM 2.0.
Решение оказалось спорным. Для установки Windows 10 не требовался модуль, да и Windows 11 тоже без него обойтись может. Microsoft даже выпустила инструкцию, чтобы пользователи могли обновиться до Windows 11 без TPM (pcpro.link/331tpmhack). Однако в таком случае ваш ПК лишится поддержки и, возможно, не будет получать обновления в будущем.
Так почему же Microsoft решила сделать модуль TPM 2.0 обязательным? Чтобы узнать это, надо разобраться, что такое TPM и как он работает.
Где находится TPM?
Доверенный платформенный модуль изначально задуман как маленький недорогой чип, который был интегрирован в процессор на материнской плате. Когда использование TPM вошло в обиход, производители стали припаивать чип напрямую к плате.
Технический стандарт не требует, чтобы TPM был выполнен в виде физического чипа. На практике все функции TPM могут выполнять встроенные программы CPU. Собственно, это и происходит с процессорами на Windows 11: ОС поддерживает определённый перечень аппаратного обеспечения от Intel и AMD.
Как работает TPM?
TPM работает как мини-компьютер. Он принимает команды, отвечает на них, а также хранит и выдаёт информацию. Для этого у него имеется встроенная память: по техническому стандарту у модуля должно быть по крайней мере 7 Кб хранилища, однако у новых TPM имеется свыше 100 Кб. Память эта энергонезависима, т. е. сохраняет данные после отключения питания, как и SSD.
Понятно, что для того, чтобы хранить и извлекать данные, можно обойтись жёстким диском. ТPM же отличают условия, на которых предоставляется доступ к информации.
К примеру, если приложение вверяет пароль TPM, то модуль может сделать этот пароль доступным только для того процесса, где он изначально был сохранён. Если же информацию запрашивает другая программа — например, зловред какой-нибудь — TPM откажет в доступе. Поскольку модуль полностью независим от Windows, вредонос, по сути, загнан в угол.
Итак, TPM может как разрешить, так и запретить предоставлять данные. Происходит так потому, что модуль способен оценить состояние аппаратной конфигурации и войти в ПО, запущенное на ПК. Таким образом он определяет, является ли среда знакомой и безопасной, и реагирует соответственно.
Если установить пароль при включении ПК, TPM здесь тоже будет полезен: модуль сверит введённые учётные данные с теми, что хранятся в его памяти. Так злоумышленник не сможет отделаться от процедуры ввода пароля, просто очистив BIOS.
Защита от брут-форса тоже предусмотрена: если ввести неверный пароль несколько раз, придётся подождать некоторое время, прежде чем попытаться снова. Причём время ожидания увеличивается после каждой неудачной попытки. Большое число неудачных попыток приведёт к принудительной отсрочке на сутки. И не пытайтесь поменять дату в BIOS или вынуть батарейку CMOS — у TPM имеются собственные часы.
Это всё очень хорошо: TPM может перекрыть злоумышленникам доступ к системе и не дать зловреду заполучить учётные данные. Но мы пока не рассказали о главной функции TPM.
Криптографическая магия
TPM может хранить данные как в исходном виде, так и в зашифрованном. В последнем случае речь идёт о криптографии с открытым ключом. Такой метод подразумевает наличие пары ключей шифрования, один из которых можно держать в секрете, а другой – в открытом доступе. Зашифровать сообщение может любой, кто владеет общим ключом, а расшифровать тот, у кого имеется секретный ключ. Кроме того, секретный ключ используется, чтобы автоматически генерировать криптографическую хэш-функцию сообщения или файла. Так вы подтвердите использование общего ключа, т. е. то, что он был «подписан» вами и не является подделкой.
Итак, после того, как вы сохраните секретный ключ в TPM, он (ключ) сможет шифровать и расшифровывать файлы, а также создавать подписи. Если же в системе что-то пошло не так или же запрос поступил от неизвестного процесса, TPM просто откажется сотрудничать. Отправлять ключ обратно ключ в ОС нет необходимости, поскольку там его можно отследить. Лучше всего его полностью изолировать, так, чтобы извлечь его было нельзя никаким образом.
Как работает TPM в Windows
Улучшить защиту любого приложения, где есть функция шифрования, можно с помощью TPM. Это надёжнее, чем хранить ключи в системной памяти или на диске. Windows упрощает процесс шифрования за счёт компонента ОС под названием Platform Crypto Provider (Поставщик платформы для шифрования). Компонент предоставляет средства шифрования на базе TPM, а разработчикам не нужно вникать в работу модуля.
Вероятно, самая известная программа для шифрования в Windows —BitLocker. Она шифрует диск целиком, за исключением диспетчера загрузки Windows. Когда вы включаете компьютер, диспетчер запускается в обычном режиме. Увидев, что системный диск зашифрован, программа запрашивает ключ расшифровки у TPM. Модуль, признав в диспетчере загрузки доверенный процесс, предоставляет ключ. Ключ открывает доступ к файлам запуска Windows и другим данным, в результате чего компьютер загружается.
Сама по себе процедура может показаться бессмысленной, поскольку расшифровка и загрузка диска происходят автоматически. Это, однако, означает, что единственный способ получить доступ к ПК – это запустить Windows. Если пытаться получить доступ к диску с помощью другой ОС или другого железа, всё, что вы увидите – это нечитаемые зашифрованные данные. Если же TPM обнаружит изменения в коде диспетчера загрузки или в оборудовании, то откажется предоставить ключ и тем самым не даст зловреду внедриться в код запуска.
В целом, это хорошо, что BitLocker использует модуль, чтобы изолировать свой криптографический ключ. Отсюда возникает вопрос: что будет, если, к примеру, хост-компьютер сломается, и вам нужно перенести жёсткий диск на новую систему. Microsoft всё продумала: если диск зашифрован, BitLocker сгенерирует пароль восстановления из 48 символов. С помощью него можно расшифровать весь диск. По понятным причинам, хранить пароль на самом диске небезопасно. Если речь идёт о корпоративных компьютерах, он будет записан в доменные службы Active Directory. Доступ к нему могут получить только администраторы сети. Пароли обычных пользователей хранятся в аккаунтах Microsoft и находятся через поиск по сайту.
BitLocker доступен только в версиях Pro и Enterprise на 10-й и 11-й Windows. Но это не значит, что пользователи Home версии не могут позволить себе те же функции защиты. Они могут включить функцию под названием Device Encryption. Шифрование здесь работает так же, как в BitLocker: главное отличие в том, что Device Encryption менее придирчив к изменениям в железе и программной среде.
Также TPM помогает улучшить работу других элементов защиты. В Windows Enterprise и Education есть технология под названием Device Guard. Она применяется для запуска приложений в защищённой виртуальной среде. Через неё нельзя получить доступ к системному ПО. Credential Guard, в отличие от Device Guard, хранит секретные данные вроде хэшей паролей и учётных данных в виртуальной машине, к которым процессы, протекающие в обычной ОС, не могут получить доступ.
Кроме того, TPM может понадобиться сетевым службам Windows. Так они удостоверятся, что компьютер, что пытается подключиться к серверу, тот же, что был изначально зарегистрирован. Они же проверяют, использует ли ПК BitLocker и другие средства защиты. Так обеспечивается гарантия безопасности на каждый день, а также удалённая поддержка и администрирование.
Что нового в TPM 2.0?
Windows 11 требуется не просто любой модуль TPM, ей нужна именно версия 2.0. Однако разница между спецификациями не велика. Всё описанное раннее может делать и оригинальный стандарт 1.2.
Ко времени выхода TPM 2.0 технологии значительно модернизировались. Изначально в спецификации модуля использовался популярный в то время метод шифрования RSA. Новая же версия также поддерживает более сильную криптографию на основе эллиптических кривых. Кроме того, он генерирует 256-битные хэши SHA-2. Взломать их сложнее, чем 160-битные SHA-1, которые стандарт TPM поддерживал изначально. Понятно, что Microsoft хотела стандартизовать самую безопасную версию TPM.
Возможно, ещё одна причина, почему Microsoft настаивает именно на второй версии модуля, заключается в том, что модуль работает с BIOS UEFI. Именно этот интерфейс компания рекомендовала долгое время в качестве лучшего выбора для Windows. Помимо того, что UEFI позволяет интегрировать некоторые функции BIOS в Windows, интерфейс также поддерживает защищённую загрузку. Это означает, что ОС не загрузится, если хэши не совпадают. А это в свою очередь гарантирует, что, если какой-нибудь руткит вмешивается в процесс запуска Windows, ОС не загрузится, и вы поймёте, что что-то идёт не так.
Проблемы с TPM
Огромное число пользователей жалуется на то, что требования к железу для Windows 11 излишни: для повседневных задач старый компьютер вполне сгодится для новой ОС. Однако есть те, кто не согласен с самой идеей TPM. Они утверждают, что модуль создаёт ложное чувство безопасности.
Важно понимать, что модуль не защитит от всех типов атак. Они бессилен против кейлоггеров — ПО, следящим за тем, какие клавиши вы нажимаете, когда вводите пароль на клавиатуре. Или от фишинговых писем, адресат которых предлагает ввести учётные данные на мошенническом веб-сайте. Может быть, поэтому Apple не присоединилась к Trusted Computing Group. Вместо этого компания разработала свой чип безопасности T2. Он следит не только за сохранностью ваших идентификационных данных, вроде отпечатка пальцев или пароля, но и контролирует микрофон, камеру и другое оборудование.
Беспокойство также вызывает вероятность того, что модуль может запретить пользователю делать то, что хочется на своём компьютере. К примеру, ОС с помощью TPM может удалённо проверить, действительно ли приложение разработал тот или иной издатель, и отказать в доступе, если оно не соответствует заявленной подписи. Хуже того, доступ к приложению может быть закрыт в любой момент– например, когда разработчик останавливает его поддержку или прекращает продажи.
Такие опасения высказывались в первые годы существования концепции доверенных вычислений. СМИ именовали модуль DRM-чипом, а Ричард Столлман, основатель движения свободного ПО, высмеивал TPM, однажды в шутку назвав его «вероломные вычисления». Сегодня о проблемах подобного рода почти не говорят. Теперь стало понятно, что, по всей вероятности, такие ограничения нужно реализовывать через облачные подписки на ПО, а не с помощью TPM.
Однако здесь не место вступать в эту дискуссию. Одно можно сказать наверняка: несмотря на то, что рост популярности TPM привёл к тому, что требования к безопасности ужесточились, мы не стали жить как при Большом Брате, как многие того боялись. Да, неприятно видеть, как Microsoft лишает огромное число компьютеров последней ОС. Но за стремление корпорации создать новый базовый уровень безопасности и за желание, чтобы грядущее поколение ПК было максимально защищённым, разносить в пух и прах компанию мы всё-таки не станем.
- Информационная безопасность
- Периферия