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基于PCIE NTB的安全快速无盘启动方法研究

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工业控制计算机 2024年第7期 71-73页

作者：常锐中兴通讯股份有限公司南京研究所

目前基于PXE网络协议无盘启动方法是业界主流的解决方法，但是随着云计算、AI大模型、算力网络推进，以及DPU异构芯片的出现，计算机系统由单节点组件向分布式多节点系统演进。对应的操作系统的启动引导也随之变化，在新的计算机体系架... 详细信息

目前基于PXE网络协议无盘启动方法是业界主流的解决方法，但是随着云计算、AI大模型、算力网络推进，以及DPU异构芯片的出现，计算机系统由单节点组件向分布式多节点系统演进。对应的操作系统的启动引导也随之变化，在新的计算机体系架构下，传统的PXE无盘启动方法存在启动效率低、交互流程复杂、镜像管理非云原生、存在安全漏洞、文件服务器受限、单点故障等诸多弊端和不足。给出一种新型多计算节点的安全、快速启动方法，OS镜像易于统一编排部署的解决方案。充分利用计算机系统的已有内部互联总线，比如PCIE总线的NTB(Non-Transparent Bridge)非透明桥实现共享内存，进一步实现无盘启动，同时给出Ramdisk根文件系统的快速制作方法以及基于uefi的Ramdisk虚拟镜像创建打包的体系化方法，可以云化集群部署。实践表明，采用内部总线从物理上有效隔离了非法镜像的来源，裁剪镜像到500 MB内，在4 GB/s的总线带宽下，启动时间可以优化到1～2 s，效率提高30倍，多节点可以并行化同时启动，未来基于新型CXL总线技术可以平滑演进升级。

关键词：无盘启动安全启动 uefi PCIE NTB PXE

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uefi Bootkit模型与分析

计算机科学 2012年第10期39卷 308-312页

作者：唐文彬陈熹陈嘉勇祝跃飞解放军信息工程大学信息工程学院郑州450002 中国科学院信息安全国家重点实验室北京100049

分析了uefi Bootkit的工作原理和关键技术;在Harold木马模型的基础上,给出了uefi Bootkit的形式化描述;分析了uefi Bootkit和木马在隐蔽技术方面的差异,建立了uefi Bootkit协同隐藏的形式化模型;给出了模型的一个应用实例,理论证明了在... 详细信息

分析了uefi Bootkit的工作原理和关键技术;在Harold木马模型的基础上,给出了uefi Bootkit的形式化描述;分析了uefi Bootkit和木马在隐蔽技术方面的差异,建立了uefi Bootkit协同隐藏的形式化模型;给出了模型的一个应用实例,理论证明了在操作系统内核启动前检测Bootkit比在操作系统启动完成后检测具有更好的效果;开发了一套在操作系统内核加载前就开始检测的uefi Bootkit检测系统;使用检测系统进行了实际的测试,结果表明,uefi Bootkit检测系统具有较好的检测效果,有效地验证了模型的准确性。

关键词： uefi 形式化 Bootkit 隐蔽技术可信计算检测系统

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利用VMware从U盘启动安装操作系统

福建电脑 2022年第3期38卷 55-57页

作者：程书斌漳州职业技术学院图书馆福建漳州363000

本文阐述了计算机的Legacy BIOS和uefi BIOS两种引导模式以及与其对应磁盘分区表类型,比较全面地描述了利用VMware学习从U盘启动安装uefi BIOS引导模式的64位Windows 10操作系统。该方法具有很好的实际操作性,能应用到实际计算机操作系... 详细信息

本文阐述了计算机的Legacy BIOS和uefi BIOS两种引导模式以及与其对应磁盘分区表类型,比较全面地描述了利用VMware学习从U盘启动安装uefi BIOS引导模式的64位Windows 10操作系统。该方法具有很好的实际操作性,能应用到实际计算机操作系统的安装中。

关键词：微PE VMware uefi U盘启动 Windows 10

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基于uefi的固件级硬盘安全保护机制

武汉大学学报（理学版） 2019年第2期65卷 223-228页

作者：孙亮陈小春中电科技(北京)有限公司北京100083

为提高硬盘的安全性和可靠性,提出一种基于统一可扩展固件接口(unified extensible firmware interface,uefi)的固件级硬盘安全保护机制。该机制可以由硬盘厂商在硬盘的受保护空间内预置固件级安全运行环境和硬盘安全保护功能模块,实现... 详细信息

为提高硬盘的安全性和可靠性,提出一种基于统一可扩展固件接口(unified extensible firmware interface,uefi)的固件级硬盘安全保护机制。该机制可以由硬盘厂商在硬盘的受保护空间内预置固件级安全运行环境和硬盘安全保护功能模块,实现身份认证、全盘加密、硬盘固件度量等安全功能。基于该机制,设计并实现了原型系统,并利用该原型系统进行芯片密码算法接口调用实验和硬盘读写效率测试。实验结果表明,在硬盘保护区内预置固件级安全模块,能够在操作系统启动前对用户身份进行认证,实现全盘加解密,提升了硬盘的安全性,且不影响加密硬盘的算法性能。

关键词： uefi 固件安全硬盘安全保护机制数据加密

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uefi驱动程序的研究与开发

电子技术应用 2014年第5期40卷 10-13,17页

作者：韩德强马骏张强北京工业大学计算机学院北京100124

uefi是Intel推出的新一代BIOS技术。在分析uefi基本结构和驱动程序模型的基础上,详细论述了基于USB协议栈的CC2531 ZigBee模块的设备驱动程序设计与开发过程,实现了在操作系统启动之前主机与USB设备间的信息交互,扩展了uefi的功能。

关键词： uefi BIOS CC2531 设备驱动程序

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uefi更新中分发模块的设计与实现

UEFI更新中分发模块的设计与实现

作者：段树盛北京工业大学

学位级别：硕士

uefi(Unified Extensible Firmware Interface)中文译为统一的可扩展固件接口，是Intel提出的用于取代传统BIOS的新一代固件系统。它是一套介于平台固件与操作系统之间的接口与数据结构的定义集合。uefi的具体内容取决于接口的实现者，... 详细信息

uefi(Unified Extensible Firmware Interface)中文译为统一的可扩展固件接口，是Intel提出的用于取代传统BIOS的新一代固件系统。它是一套介于平台固件与操作系统之间的接口与数据结构的定义集合。uefi的具体内容取决于接口的实现者，并且不同开发者对于同一套接口的不同实现，只要遵循uefi规范，就都可以互相兼容。uefi BIOS具有很多上代BIOS所没有的优势，包括强大的跨平台兼容性、支持鼠标的图形操作界面、基于模块化的可扩展性以及开发难度的降低等。uefi具有的这些优势使得uefi BIOS得到快速发展，已经被越来越多的厂商作为下一代BIOS，预装入出厂设备中。uefi BIOS的快速发展，也带来了一些迫切需要解决的问题，特别是安全方面的问题。uefi的文件系统需要更大的存储空间，所以并不是存储于主板的ROM中，而是在硬盘中隔离出一个小分区作为存储空间。uefi BIOS这种将文件系统保存在硬盘中的方式，虽然提高了性能，但也面临风险。保存在硬盘上的数据，极易受到攻击和篡改，尤其是uefi更新时，由于可以直接从移动存储设备中获取更新文件，对更新文件缺少完整性和可信性的检测机制，更无法保证更新时的安全性。对于uefi系统更新时面临的安全性问题，可以通过更新安全机制来解决。uefi更新安全机制由分发、验证及执行三个模块组成，用以确保加载至系统的更新文件不受篡改、不受非法访问，并且与硬件兼容。本文的研究，主要集中于安全机制中的分发模块。分发模块主要供uefi开发厂商，对其发布的uefi BIOS更新文件进行处理，为其在文件原文之外，封装上一层可验证其安全性的外层数据，这样在更新安全机制的验证模块中，可以利用这一外层数据，检测更新文件是否受到篡改，是否为非法使用以及是否与硬件兼容。分发模块对更新文件的处理方法为，用数字签名技术确保更新文件不受篡改，用加密技术确保更新文件不受非法使用，通过向更新文件中写入描述信息来确保更新文件与主板的兼容性。总之，本文的内容，主要围绕uefi BIOS更新安全机制中的分发模块展开，研究了分发模块保证更新文件不受篡改、盗用以及与硬件兼容的方法和技术，并对分发模块进行了设计与实现

关键词： uefi BIOS 更新文件数字签名加密

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uefi驱动程序的自动化模糊测试方法研究

UEFI驱动程序的自动化模糊测试方法研究

作者：郭东奥南京大学

学位级别：硕士

uefi固件是现代计算机最底层的软件,它负责直接与硬件进行交互,控制着计算机进入操作系统之前的启动阶段。在uefi固件中,封装了硬件功能并提供接口给操作系统使用的软件称为uefi驱动程序。这些驱动程序直接存储于非易失性存储芯片中,因... 详细信息

uefi固件是现代计算机最底层的软件,它负责直接与硬件进行交互,控制着计算机进入操作系统之前的启动阶段。在uefi固件中,封装了硬件功能并提供接口给操作系统使用的软件称为uefi驱动程序。这些驱动程序直接存储于非易失性存储芯片中,因此对其更新十分困难,在大部分情况下并不会更新。这就要求uefi驱动程序具有极高的安全性、稳定性。在uefi领域中,模糊测试是一种常见的保障安全性、稳定性的测试方法。其核心思想是通过产生随机数据进行大量的测试,导致测试对象崩溃、超时,从而发现潜藏的问题。模糊测试常常搭配静态分析等手段进行自动化测试,比如自动构造输入。但是在uefi环境下,模糊测试主要依靠手动进行,尚无类似的自动化模糊测试方法。这是因为在uefi驱动程序中,存在许多动态数据类型(void*类型),以及大量的函数指针调用,这些都为静态分析带来一定困难。本文提出了一种针对uefi驱动程序的自动化模糊测试方法,并一定程度上解决了动态数据类型、函数指针带来的困难。该方法分为三个部分:驱动程序接口提取、数据类型提取、参数构造。该方法在抽象语法树层面对uefi驱动程序进行静态分析,首先根据特定的抽象语法树特征提取uefi驱动程序接口,作为测试的入口。然后提取接口的参数数据类型,最后使用这些数据类型自动构造参数,作为输入进行测试。在数据类型提取时,对于动态数据类型,该方法追踪函数调用关系,进行控制流分析,在函数实现中寻找其可能的类型。当进行控制流分析遇到函数指针时,该方法可以处理uefi中最常见的函数指针,即其他uefi驱动提供的接口。本文使用LLVM提供的编译器相关功能对上述方法进行了实现,并结合TriforceAFL提供的模糊测试框架,对若干uefi驱动程序进行了测试。实验表明,该方法的测试效果良好,可一定程度上替代手动测试。

关键词：自动化测试 uefi 模糊测试驱动程序

uefi BIOS恶意代码检测系统的研究与实现

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UEFI BIOS恶意代码检测系统的研究与实现

作者：郝冉冉北京工业大学

学位级别：硕士

uefi与计算机技术目前已经得到了突飞猛进的发展,但是在技术发展的同时,恶意代码也在寻找新的攻击对象并且攻击手段也在不断翻新。目前,以BIOS为攻击对象的事件层出不穷,BIOS一旦被攻击,危害巨大。BIOS恶意代码的加载时间比操作系统要早... 详细信息

uefi与计算机技术目前已经得到了突飞猛进的发展,但是在技术发展的同时,恶意代码也在寻找新的攻击对象并且攻击手段也在不断翻新。目前,以BIOS为攻击对象的事件层出不穷,BIOS一旦被攻击,危害巨大。BIOS恶意代码的加载时间比操作系统要早,不容易被安装在操作系统中的杀毒软件识别。因此,针对BIOS的恶意代码检测与防护工作极为重要,尤其是安全级别要求较高的技术部门。针对uefi BIOS的恶意代码检测技术研究可以为计算机系统提供最基本的安全保障。因此,本文研究了BIOS恶意代码的存在方式与植入机理,结合目前流行的恶意代码检测技术手段,构建了uefi BIOS恶意代码检测模型,实现了供安全技术部门使用的uefi BIOS恶意代码检测系统。通过该系统可以对终端计算机的BIOS文件进行安全检测,做好安全保障工作。本文的主要工作如下:(1)对uefi规范中定义的BIOS文件组织结构和存储方式进行研究与分析,根据规范中的定义实现对BIOS文件的解析。然后根据构建的BIOS标准代码库,采用消息摘要算法实现了对BIOS镜像文件以及解析后模块文件的完整性度量。最后根据BIOS恶意代码的封装方式和植入手段等特点,采用机器学习的恶意代码检测技术,设计了BIOS恶意代码检测方案。(2)对N-gram模型在恶意代码检测中的特征提取应用原理进行研究,并采用变长的N-gram模型对BIOS标准代码和BIOS恶意代码进行了字节层特征提取。然后针对提取后特征高维度问题,提出了一种引入频率权重因子的信息增益(IG)和遗传算法(GA)相结合的特征选择方法。最后采用集成分类器技术,构建了检测模型,并采用BIOS样本数据对模型进行了验证,结果显示采用本文的特征选择方法构建的检测模型比采用信息增益的特征选择方法构建的检测模型检测准确率更高。(3)对uefi BIOS恶意代码检测系统进行功能和非功能需求分析,并对系统的功能模块以及总体架构进行了设计,然后对核心功能模块包括镜像获取模块、镜像解析模块、完整性度量模块、以及最重要的检测模型进行了详细的设计与实现,最后对系统的功能进行了测试。

关键词： uefi BIOS固件恶意代码安全检测

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uefi BIOS电源管理研究和应用

UEFI BIOS电源管理研究和应用

作者：唐笛上海交通大学

学位级别：硕士

uefi （Unified Extensible Firmware Interface）由于支持新技术的应用和使用模式的创新,并且它相对于原有的BIOS（Basic Input Output System）系统更加开放和标准化,因此得到了英特尔、微软、超微等公司的大力推广。但是,目前uefi的... 详细信息

uefi （Unified Extensible Firmware Interface）由于支持新技术的应用和使用模式的创新,并且它相对于原有的BIOS（Basic Input Output System）系统更加开放和标准化,因此得到了英特尔、微软、超微等公司的大力推广。但是,目前uefi的发展还未解决下面两个问题:一方面,由于uefi和传统的BIOS不支持其自身环境下的电源管理功能,另一方面uefi环境或是传统BIOS环境和操作系统环境之间的切换时间较长。因此它给一些应用的推广带来了技术上的困难。本文结合软硬件两方面技术的特点,为开放的创新应用模式构建技术平台,主要实现两个目标:一是研究如何在uefi环境下实现系统级别的电源管理;二是在系统睡眠唤醒后,不直接进入操作系统,而是通过重新创建并进入uefi环境（S3 uefi）来支持新的应用模式。本文的研究使用了英特尔的笔记本开发电路板用作开发验证平台,完成了如下主要工作任务。 1)实现了系统睡眠唤醒后重新构建uefi环境,进入到uefi Shell。而在该环境工作结束后,可以退出uefi Shell,并继续原来的操作系统唤醒过程,回到操作系统后各设备均能正常使用。 2)在该S3 uefi环境下实现了网络协议栈功能,并且可以运行uefi Shell下的应用程序,实现了FTP下载数据到磁盘的应用模式。 3)在该环境下实现了系统电源管理功能,通过利用软件控制处理器、PCI设备、磁盘设备等,结合网络下载特定的使用模式,优化了系统的电源管理功能。 4)测试该电路板包括直流电源转换器在内的各主要部件的功耗分布,从而了解系统各部件功耗分布在整体功耗中的比重。 5)比较了S3 uefi环境和不同操作系统,例如Win7,WinXP,Linux下的功耗。在相同的使用模式下,对比整体系统功耗,通过数据表明本研究的系统整体功耗低于操作系统下的功耗。实验结果表明,本研究的功耗低于其他操作系统至少在17%以上,并且可以在uefi环境和操作系统环境之间快速切换,从而创造新的使用模式。这是由于在商业模式上,该使用模式主要由电脑品牌商控制,从而不依赖于特定的操作系统。例如:可以在uefi环境下做病毒扫描,网络下载和备份等应用,从而达到优于操作系统下的电源管理功能,使得品牌电脑厂商可以做到产品差异化。由于uefi是开放的工业标准,从而可以做到不同厂家软件的兼容性,鼓励更多的应用在该环境下运行。

关键词： uefi BIOS 电源管理 ACPI Shell