Konten ini terakhir diperbarui pada September 2024, dan menampilkan status quo pada saat konten tersebut ditulis. Kebijakan dan sistem keamanan Google dapat berubah di masa mendatang, seiring upaya kami untuk terus meningkatkan perlindungan bagi pelanggan.
Arsitektur keamanan hardware Titanium berfungsi sebagai fondasi untuk layanan Google dan mendukung banyak tindakan pencegahan keamanan di infrastruktur Google. Hardware Titanium mencakup mikrokontroler keamanan, adaptor hardware, dan prosesor offload yang dikembangkan secara khusus untuk mengatasi vektor serangan tertentu pada infrastruktur Google.
Hardware Titanium adalah inovasi terbaru untuk keamanan infrastruktur Google yang terus berkembang dan komprehensif serta membantu melindungi integritas, kerahasiaan, dan ketersediaan data pengguna. Hardware Titanium dibangun di atas infrastruktur seperti kartu offload hardware kriptografi yang menyediakan enkripsi dalam pengiriman dan microservice internal yang menyediakan enkripsi data dalam penyimpanan.
Dokumen ini menjelaskan cara komponen hardware Titanium bekerja sama untuk membuat arsitektur keamanan yang membantu melindungi permukaan serangan fisik sistem Google dan mengurangi ancaman terhadap data pelanggan. Dokumen ini juga menjelaskan cara hardware Titanium mengaktifkan kontrol keamanan tertentu di lapisan software, evolusi arsitektur di luar pelepasan hardware kriptografi awal, dan ancaman dunia nyata yang dirancang untuk dimitigasi oleh arsitektur keamanan hardware Titanium di seluruh basis pelanggan dan deployment Google.
Arsitektur keamanan hardware Titanium
Arsitektur keamanan hardware Titanium dirancang untuk bertahan dari berbagai skenario dan pelaku ancaman. Diagram arsitektur berikut menunjukkan komponen Titanium yang independen, tetapi saling terkait.
Arsitektur keamanan hardware Titanium mencakup komponen berikut:
- Root of trust Caliptra untuk pengukuran (RTM): membantu menerapkan perimeter keamanan untuk setiap paket silikon. RTM Caliptra menyediakan pengesahan dan ID unik untuk layanan kriptografi root.
- RoT chip Titan: berada di antara flash booting platform dan perangkat booting utamanya seperti baseboard management controller (BMC), platform controller hub (PCH), dan CPU. Chip Titan menyediakan RoT berbasis hardware yang tahan terhadap modifikasi fisik dan membantu membuat identitas yang kuat. Chip Titan juga membantu otorisasi dan pencabutan kode untuk mesin, kartu, atau periferal.
- Prosesor offload Titanium (TOPS): menyediakan kontrol kriptografi untuk membantu melindungi kerahasiaan dan integritas data saat istirahat dan data dalam pengiriman.
- Motherboard kustom: memberikan ketahanan dalam skala besar terhadap serangan DoS dari software yang rusak atau berbahaya, serta perlindungan terhadap serangan fisik. Dalam diagram, misalnya, paket chip dan Titan RoT berada di motherboard kustom yang terpisah dari motherboard kustom untuk Titanium TOP atau motherboard untuk infrastruktur lainnya.
- Enklave Confidential Computing: membantu menerapkan isolasi terhadap hak istimewa administratif Google, meningkatkan isolasi dengan tenant lain, dan menambahkan kemampuan verifikasi menggunakan pengesahan. Pengesahan dapat memberikan jaminan bahwa lingkungan tidak diubah.
- Layanan regional fault-tolerant backend: membantu mencegah eskalasi hak istimewa di seluruh layanan, zona, atau dari akses administratif.
Dalam diagram, Infrastruktur lainnya mengacu pada fabric jaringan dan penyimpanan backend yang direplikasi.
Prinsip desain arsitektur keamanan hardware Titanium
Komponen hardware Titanium kami dan interaksinya dikembangkan menggunakan prinsip-prinsip dasar berikut:
Tidak ada satu titik kegagalan: Arsitektur Google dirancang untuk menghindari satu titik kegagalan, seperti satu komponen penahan beban dengan beberapa tanggung jawab. Building Secure and Reliable Systems membahas pentingnya menghindari titik tunggal kegagalan. Prinsip ini diterapkan di seluruh infrastruktur fisik kami, di semua region, dan bahkan hingga ke silikon dalam chip. Ketahanan di seluruh infrastruktur global kami ini membantu menjaga keamanan dan ketersediaan data pelanggan.
Misalnya, migrasi langsung dengan Confidential Computing membantu mempertahankan memori terenkripsi di mesin host yang didukung. Migrasi langsung membantu memastikan bahwa VM yang berjalan lama tidak menjadi titik kegagalan tunggal karena peristiwa pemeliharaan atau merespons kerentanan.
Perimeter adalah paket silikon: karena sistem server berisi beberapa system-on-chip yang saling terhubung dan terpisah, arsitektur kami pada dasarnya tidak memercayai semua konektor, fabric, rakitan papan sirkuit cetak (PCBA), jalur PCBA, dan kabel. Meskipun pemisahan komponen berguna untuk modularitas, pemisahan juga dapat menjadi kelemahan jika memberikan target yang jelas kepada penyerang untuk mengintip data teks biasa. Data dalam paket silikon itu sendiri dienkripsi dan diautentikasi oleh aset kriptografi pribadi dalam paket.
Memindahkan perimeter ke dalam silikon itu sendiri membantu meminimalkan kepercayaan implisit. Prinsip ini mengatasi ancaman terhadap kerahasiaan data yang terjadi saat kondisi penayangan pusat data menjadi semakin beragam. Misalnya, menetapkan perimeter ke dalam paket silikon membantu mengatasi ancaman dari operasi hardware berbahaya.
Zero trust dan membagi-bagi risiko: kontrol multi-pihak pada tindakan administratif membantu memastikan bahwa tidak ada akun personel (atau akun personel yang disusupi) yang dapat secara sepihak menyebabkan ancaman yang dibahas dalam dokumen ini. Arsitektur memisahkan layanan ke dalam lapisan dan zona untuk mengelompokkan dan membatasi risiko. Bahkan dengan enclave, yang biasanya berbasis hardware, arsitektur ini memperhitungkan penemuan kerentanan hardware dan kebutuhan untuk memperbaikinya saat komponen tetap beroperasi.
Misalnya, jika penyerang dengan niat jahat membahayakan perilaku chip di dalam sistem aktif yang menjalankan beban kerja pelanggan di pusat data kami, arsitektur dirancang untuk mengidentifikasi dan mengisolasi chip yang disusupi tersebut. Mesin tersebut kemudian dapat dinonaktifkan. Meskipun komputer tidak dinonaktifkan, penyerang harus mengalahkan batas kepercayaan tambahan dan menyusupi beberapa kredensial untuk bergerak secara lateral dan mendapatkan pengaruh atas sistem, pengguna, atau region lainnya.
Teknologi isolasi dan domain kegagalan independen membantu membatasi area yang terpengaruh dari penyusupan. Domain dan teknologi ini menambahkan titik kontrol alami untuk deteksi, dan membatasi jumlah kompleksitas tambahan yang harus diperkenalkan.
Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang penerapan zero-trust kami, lihat BeyondProd.
Keamanan transparan: Google berinvestasi dalam berbagai upaya transparansi, termasuk open source, pengungkapan yang bertanggung jawab atas riset dan temuan, serta bermitra dengan ekosistem produsen hardware. Infrastruktur global Google menerapkan prinsip Kerckhoff, yang menyatakan bahwa kriptosistem harus aman, meskipun semua hal tentang sistem tersebut, kecuali kuncinya, diketahui publik.
Misalnya, kami berkontribusi pada project open source dan menggunakan project ini dalam desain hardware keamanan dan software keamanan kami. Tabel berikut menjelaskan beberapa project open source yang kami kontribusikan dan gunakan.
Project open source Deskripsi Komponen titanium Digunakan di library enkripsi FIPS 140-3 level 1
BoringSSL
Digunakan dalam akar kepercayaan (RoT) di tingkat silikon
Caliptra RTM
Digunakan di RoT untuk chip dalam arsitektur sistem
Chip Titan
Digunakan untuk fuzzing kernel yang dipandu cakupan
Host ring0 dan Distribusi VM Pengguna
Digunakan di library enkripsi FIPS 140-3 level 1
Prosesor Offload Titanium
Pertahanan fisik dan logis yang mendalam: Google mengandalkan keamanan pusat data fisik untuk membantu melindungi investasi modal dan sistem kami. Kontrol keamanan ini merupakan lapisan pertahanan awal, jadi kami sengaja berinvestasi dalam kontrol logis tambahan untuk memperkuat sistem kami terhadap ancaman fisik. Titanium menambah defense in depth kami dengan menambahkan kompartementalisasi di hardware kami yang memberikan pertahanan tambahan terhadap ancaman infrastruktur tertentu.
Misalnya, pusat data kami memiliki detektor logam yang dapat mendeteksi secara akurat upaya pemindahan media penyimpanan yang tidak sah. Namun, strategi enkripsi data dalam penyimpanan kami sengaja dirancang agar tidak bergantung pada penyimpanan media fisik. Kontrol logis dan fisik ini adalah lapisan independen dan pelengkap.
Kontrol keamanan fisik dan logis gabungan kami membantu kami tetap waspada terhadap ancaman orang dalam dan membantu melindungi kerahasiaan data pengguna kami.
Manfaat keamanan komponen arsitektur Titanium
Tabel berikut menyoroti beberapa manfaat keamanan penting yang dicapai dengan komponen arsitektur keamanan Titanium, baik di lapisan hardware maupun software. Manfaat keamanan ini dijelaskan secara lebih mendetail di bagian berikut.
| Manfaat keamanan | Komponen arsitektur |
|---|---|
Perimeter kepercayaan tingkat silikon pada system-on-chip (SoC) seperti CPU atau GPU |
Caliptra RTM |
Kemampuan verifikasi tingkat silikon |
Caliptra RTM |
Identitas kriptografi di tingkat hardware |
RTM Caliptra, RoT Titan |
Verifikasi bahwa biner yang diharapkan sedang berjalan |
RTM Caliptra, RoT Titan |
Mitigasi ancaman persisten di seluruh proses booting |
RTM Caliptra, RoT Titan |
Perlindungan kerahasiaan data saat istirahat dan data dalam pengiriman |
TOP untuk kriptografi |
Menurunkan perlindungan tingkat prosesor (di luar kartu fisik) |
TOP untuk kriptografi |
Keamanan berdasarkan desain, ketahanan terhadap serangan fisik, dan kemampuan pemulihan yang mendukung pemulihan firmware sistem penuh dari satu RoT Titan |
Motherboard kustom |
Board yang dibuat khusus dengan hanya konektor penting, yang membantu mengurangi upaya gangguan fisik |
Motherboard kustom |
Isolasi workload kriptografi dari software sistem di seluruh mesin dan akses manusia administratif |
Enclave Confidential Computing |
Ketahanan terhadap gangguan melalui enkripsi DRAM (untuk mengaktifkan enkripsi data aktif) |
Enclave Confidential Computing |
Meminimalkan area yang terpengaruh dan bulkhead untuk penyerang dengan akses lokal |
Layanan regional fault-tolerant backend |
Kompartementalisasi multi-level |
Layanan regional fault-tolerant backend |
Root of trust Caliptra untuk pengukuran
Caliptra RTM membantu membangun kepercayaan dan transparansi untuk firmware dalam ekosistem kami yang berjalan di system-on-chip (SoC) seperti CPU, GPU, dan TPU.
RTM Caliptra memiliki manfaat berikut:
- Menyediakan layanan kriptografi root: RTM Caliptra membantu mendeteksi kode dan konfigurasi penting yang rusak melalui verifikasi integritas kriptografi end-to-end yang kuat. RTM Caliptra dapat mengukur kode dan konfigurasinya secara kriptografis, menandatangani pengukuran ini dengan kunci pengesahan yang unik dan dilindungi hardware, serta melaporkan pengukuran yang membuktikan keaslian dan integritas perangkat. RTM Caliptra menyediakan identitas perangkat kriptografi dan serangkaian pengukuran integritas firmware dan konfigurasi untuk motherboard.
- Memitigasi keamanan supply chain fisik: RTM Caliptra membantu memastikan bahwa hardware autentik dan menjalankan firmware serta software yang dimaksud. Jika dikombinasikan dengan keamanan rantai pasokan software, RTM Caliptra memungkinkan sistem memverifikasi keaslian dan integritas firmware dan software, baik yang dibuat oleh Google maupun pihak ketiga. Proses verifikasi ini memungkinkan RTM Caliptra mempertahankan keaslian dan integritas di seluruh update resmi dan membantu memastikan bahwa konfigurasi tetap seperti yang dimaksudkan dan disahkan.
- Melindungi dari penyusupan fisik yang memerlukan akses langsung ke hardware yang sedang berjalan: Karena RTM Caliptra dibangun ke dalam lapisan silikon chip, interposer PCBA atau chip berbahaya yang mencoba mengirimkan firmware yang salah ke sirkuit terintegrasi khusus aplikasi (ASIC) tidak dapat berhasil menyerang RoT. Misalnya, penyerang dapat melewati kemampuan deteksi RoT eksternal dengan memalsukan bus SPI yang relatif berkecepatan rendah. Namun, RoT yang disematkan dalam SoC atau ASIC akan lebih sulit dikompromikan oleh penyerang.
Root of trust chip Titan
Titan didesain untuk mempertahankan identitas perangkat secara kriptografis, mempertahankan diri dari push software berbahaya, dan menerapkan keaslian kode menggunakan pencabutan.
Identitas perangkat kriptografi yang kuat membantu memastikan bahwa armada hanya terdiri dari mesin yang divalidasi yang menjalankan biner yang diharapkan dan dapat mengidentifikasi serta mengautentikasi akses yang sah. Akses yang sah berakar di tingkat hardware.
Secara default, mesin produksi menggunakan booting tepercaya untuk membantu memastikan hanya software yang diautentikasi yang dapat berjalan. Booting tepercaya memverifikasi tanda tangan digital semua komponen booting dan tidak mengizinkan mesin berpartisipasi dalam lingkungan produksi jika autentikasi gagal.
Sebagai kontrol pencegahan tambahan, pencabutan kode mesin mencegah penerapan perubahan software yang tidak lagi diizinkan. Kemampuan pencabutan akses di chip Titan membantu memitigasi tidak hanya serangan berbahaya (misalnya, serangan rollback atau replay), tetapi juga bug stabilitas atau ketahanan yang tidak berbahaya (misalnya, dengan mencegah penginstalan ulang firmware lama yang penuh bug secara tidak sengaja).
Untuk mengetahui informasi selengkapnya, lihat Cara Google menerapkan integritas booting pada mesin produksi.
Prosesor pengurangan beban Titanium untuk kriptografi
Prosesor pengurangan beban Titanium (TOP) untuk kriptografi membantu memberikan keamanan selama pengurangan beban I/O. TOP ini dilindungi dengan Titan atau RTM Caliptra. TOP men-deploy enkripsi data dalam transit yang diautentikasi secara luas dan enkripsi data dalam penyimpanan yang diautentikasi dengan biaya rendah. Enkripsi terautentikasi berarti data pelanggan memiliki jaminan kriptografi kerahasiaan dan integritas. Karena TOP mengelola kriptografi, TOP menghilangkan hak istimewa banyak komponen sistem. TOP memungkinkan peningkatan properti arsitektur, seperti ketersediaan, sekaligus meminimalkan potensi hilangnya kerahasiaan data.
Motherboard kustom
Motherboard kustom di infrastruktur Google dirancang untuk memberikan provenans hardware. Motherboard mendukung pengesahan di beberapa lapisan. Desain motherboard melindungi data pelanggan, bahkan jika terjadi peristiwa yang sangat tidak mungkin, yaitu penyerang memasang perangkat berbahaya secara fisik ke mesin. Desain motherboard Titanium membantu memungkinkan deployment mekanisme pengamanan tambahan yang andal, seperti port debug yang tidak terisi, konsol serial hanya baca, intrusi konektor bus, dan pensinyalan ekstrusi.
TLS dan ALTS adalah satu-satunya protokol yang diterima yang diekspos oleh stack jaringan BMC kami saat mesin diaktifkan. Untuk mesin yang menggunakan desain COTS pihak ketiga, seperti instance X4 kami, TOP memproksi traffic pengelolaan apa pun yang unik untuk desain pihak ketiga tersebut. Membuat proxy traffic pengelolaan berarti infrastruktur kami tidak bergantung pada desain pihak ketiga untuk autentikasi, otorisasi, keamanan transportasi, atau keamanan jaringan.
Motherboard kustom Titanium dirancang agar memiliki mekanisme pemulihan dan pencadangan bawaan untuk memastikan ketersediaan dan kemampuan pemulihan. Mereka dapat memulihkan diri sendiri dari sebagian besar error atau dari kerusakan firmware. Desain terbaru kami memungkinkan pembangunan ulang seluruh mesin dari satu Titan RoT yang berfungsi. Motherboard ini menggunakan komponen daya khusus fitur dan pensinyalan reset untuk membantu memastikan independensi listrik RoT Titan dari platform lainnya, dan membantu melindungi kontrolnya atas payload firmware platform untuk tujuan autentikasi dan pemulihan.
Enclave Confidential Computing
Confidential Computing membuat Trusted Execution Environment (TEE) atau enclave untuk membantu mengisolasi workload sensitif pelanggan dari akses administratif Google. Saat data ditangani oleh CPU atau GPU, Confidential Computing menyediakan kontrol pencegahan teknis melalui isolasi komputasi dan enkripsi dalam memori. Confidential Computing membantu memastikan bahwa meskipun hypervisor berbahaya tidak dapat mengakses VM. Untuk workload pelanggan, Confidential Computing menyediakan lapisan isolasi kerahasiaan data dari kemungkinan akses yang tidak disengaja oleh personel Google atau tindakan sistem-software otomatis yang salah dalam skala besar.
Salah satu contoh keamanan tingkat lanjut yang diaktifkan oleh arsitektur Titanium adalah Mode rahasia untuk Hyperdisk Balanced. Mode rahasia untuk Hyperdisk Balanced menggabungkan offload penyimpanan blok berbasis Titanium, Confidential Computing, dan Cloud HSM untuk membuat TEE yang di-root hardware. Dengan kata lain, Mode rahasia untuk Hyperdisk Balanced adalah penawaran yang seimbang untuk hyperdisk. Mode rahasia untuk Hyperdisk Balanced mengisolasi infrastruktur sehingga kunci sensitif diproses secara eksklusif di TEE yang di-rooting hardware. Untuk mengetahui informasi tentang peninjauan pihak ketiga atas operasi kriptografi, lihat Public Report – Confidential Mode for Hyperdisk – DEK Protection Analysis.
Layanan regional yang fault-tolerant di backend
Layanan regional yang fault-tolerant di backend membantu meminimalkan area yang terpengaruh dari penyerang dengan akses lokal. Infrastruktur Google dirancang untuk memisahkan layanan, sistem, dan zona dari pergerakan lateral orang dalam yang memiliki hak istimewa atau layanan yang terkompromi.
Kami berupaya menyertakan informasi regional dalam serangkaian sistem pengelolaan identitas dan akses internal kami yang semakin luas. Informasi regional memperkuat isolasi kriptografi sehingga penyerang yang mendapatkan akses lokal harus membobol beberapa kredensial dari layanan infrastruktur yang berbeda untuk terus bergerak secara lateral.
Jika serangan memicu kontrol pencegahan yang akan mengeluarkan mesin produksi dari lingkungan (misalnya, menyebabkan sistem mati), infrastruktur backend kami yang toleran terhadap kesalahan membantu memastikan ketersediaan berkelanjutan data dan layanan pelanggan di mesin terdekat. Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang kontrol infrastruktur kami, lihat BeyondProd dan Cara Google melindungi layanan produksinya.
Vektor serangan untuk Google Cloud infrastruktur
Bagian ini menjelaskan ancaman fisik dan logis tertentu yang membentuk sebagian area serangan Google Cloud. Arsitektur keamanan hardware Titanium dirancang khusus untuk mengatasi serangkaian ancaman unik terhadap infrastruktur Google dan data pengguna yang kami simpan.
Ancaman infrastruktur
Arsitektur Titanium dirancang untuk melindungi dari berbagai kategori ancaman berikut:
- Orang dalam jahat dengan akses fisik: Personel kami memerlukan akses ke perangkat fisik di pusat data untuk men-deploy, memelihara, dan memperbaiki hardware. Akses ini merupakan vektor serangan potensial karena personel atau kontraktor yang tidak bertanggung jawab memiliki alasan bisnis yang sah untuk memperbaiki secara fisik beberapa mesin di pusat data kami.
Orang dalam jahat dengan akses logis: Mirip dengan akses fisik ke pusat data, personel diwajibkan untuk mengembangkan, memelihara, menguji, men-debug, mengoptimalkan, dan mendukung beberapa tingkat stack software Google. Personel ini mencakup developer, SRE, dan engineer cloud yang berinteraksi dengan pelanggan.
Untuk mengetahui informasi selengkapnya tentang pertahanan kami terhadap ancaman ini, lihat Cara Google melindungi layanan produksinya.
Penyerang eksternal dengan akses logis: Penyerang eksternal dapat memperoleh akses awal di dalam lingkungan Google Cloud dan mencoba berpindah secara lateral ke mesin lain untuk mendapatkan akses ke data sensitif. Taktik umum yang digunakan oleh penyerang eksternal adalah memulai dengan menyusupi akun personel atau kontraktor yang sah.
Diagram berikut menunjukkan bagian lingkungan cloud yang paling rentan terhadap ancaman ini.
Permukaan serangan ke server pusat data
Tabel berikut menjelaskan permukaan serangan yang merupakan aspek umum server pusat data. Arsitektur keamanan hardware Titanium dirancang untuk memberikan pertahanan yang kuat terhadap ancaman semacam itu.
| Penyerang | Target | Permukaan serangan | Risiko |
|---|---|---|---|
Orang dalam jahat dengan akses fisik |
Media penyimpanan (SSD, HDD, atau drive boot) |
Drive dan konektor fisik |
Serangan ini dapat mencuri drive, dan mencoba mengaksesnya dengan alat penyerang. |
DIMM |
Konektor memori fisik |
Serangan ini dapat membekukan DIMM, membawanya keluar dari pusat data, dan mencoba mengakses data di dalamnya menggunakan alat penyerang sendiri. Ancaman ini terkadang disebut serangan cold boot. |
|
Server |
Konektor USB atau PCIe |
Serangan ini dapat menghubungkan hardware berbahaya ke server. Dengan menggunakan hardware berbahaya, penyerang dapat mencoba mendapatkan eksekusi kode atau memindahkan data residen. |
|
Motherboard |
Grup akses pengujian gabungan (JTAG) eXtended Debug Port (XDP) |
Serangan ini dapat menghubungkan alat pen-debug hardware untuk mendapatkan eksekusi kode atau akses ke data yang diproses di CPU. |
|
Jaringan |
Kabel Ethernet |
Serangan ini dapat memanfaatkan kabel ethernet untuk mendapatkan akses ke semua data yang ditransfer antarperangkat. Traffic cleartext apa pun kemudian dapat diamati. |
|
Motherboard |
Firmware |
Serangan ini dapat memasukkan firmware berbahaya yang persisten. Firmware ini dapat diinstal sebelumnya dari produsen yang terkompromi, dicegat dalam transit, atau diupdate oleh orang dalam. Ancaman ini dapat menyebabkan hardware yang sudah diretas dengan rootkit yang memberikan akses pintu belakang ke server. |
|
Orang dalam jahat dengan akses logis |
Beban kerja komputasi (misalnya, VM) |
Titik login |
Serangan ini dapat menggunakan kredensial orang dalam untuk mengakses VM atau host secara langsung, dan data di dalamnya. |
Router fabric |
Akses fisik atau administratif |
Serangan ini dapat memperoleh kontrol root atas router fabric untuk menyadap semua traffic dan mengekstraksi atau memodifikasi data cleartext apa pun yang sedang dalam transit di fabric. |
|
Motherboard |
Firmware |
Serangan ini dapat mengirimkan image firmware yang rusak ke motherboard, sehingga motherboard tidak dapat dioperasikan secara permanen dan data tidak dapat dipulihkan. Penyerang dapat mengirimkan firmware yang diketahui rentan ke mesin untuk mendapatkan kembali kontrol menggunakan eksploitasi yang memungkinkan eksekusi kode jarak jauh. |
|
Penyerang eksternal dengan akses logis |
Server |
VM |
Serangan ini dapat meluncurkan pola serangan side-channel publik di VM. Serangan ini dapat membocorkan data dari instance yang berjalan di hardware yang sama, atau dari software sistem host. |
SSD |
VM |
Serangan ini dapat menggunakan akses langsung ke SSD PCIe untuk mencoba menyimpulkan data rekan penyewa. |
|
Memori |
VM |
Vektor serangan ini dapat menggunakan saluran samping untuk menelusuri kunci enkripsi yang berharga dalam memori. |
|
Server |
VM bare metal |
Vektor serangan ini dapat menggunakan instance bare metal untuk memindai semua periferal guna menemukan komponen rentan yang akan memungkinkan mereka bertahan di mesin dan menyerang tenant berikutnya. |
Memetakan komponen hardware Titanium ke ancaman
Arsitektur keamanan hardware Titanium menggunakan pendekatan multi-layer untuk membantu mengatasi ancaman infrastruktur tertentu dan mencegah titik tunggal kegagalan. Ancaman ini dapat berasal dari kesalahan atau dari pihak tidak bertanggung jawab. Ancaman ini mencakup operasi hardware dan dapat mengeksploitasi kerentanan di server, jaringan, dan bidang kontrol. Tidak ada satu solusi pun yang dapat mengatasi semua vektor serangan ini, tetapi kombinasi fitur Titanium membantu melindungi data pengguna kami dan instance komputasi cloud kami.
Skenario: Operasi hardware berbahaya
Operasi hardware berbahaya menimbulkan ancaman terhadap keamanan data, karena dapat menyebabkan pemindahan data yang tidak sah dari pusat data serta modifikasi hardware dan firmware. Arsitektur keamanan hardware Titanium Google membantu melindungi dari ancaman ini dengan menggunakan berbagai langkah keamanan, termasuk RoT kriptografi, motherboard kustom, dan prosesor I/O. Komponen ini bekerja sama untuk memberikan pertahanan berlapis yang tahan terhadap berbagai serangan.
Tabel berikut menjelaskan beberapa ancaman hardware berbahaya dan cara arsitektur Titanium dapat memitigasinya.
| Ancaman | Mitigasi titanium |
|---|---|
Penyerang mengeksfiltrasi setiap drive data dari pusat data untuk mengakses data di dalamnya. |
Kunci enkripsi data dalam penyimpanan untuk produk dan layanan penyimpanan tidak pernah disimpan secara persisten di mesin tempat media penyimpanan terpasang. Kemampuan enkripsi mandiri bawaan media penyimpanan juga diaktifkan untuk pertahanan mendalam, dan menggunakan kunci yang tidak pernah disimpan secara persisten di media itu sendiri. RTM Caliptra memungkinkan Google menyertakan identitas hardware root-of-trust dan integritas firmware di antara kondisi otorisasi yang diperlukan untuk merilis kunci dari layanan pengelolaan kunci ke instance layanan penyimpanan. Mesin yang dikonfigurasi secara berbahaya dengan firmware yang tidak diinginkan tidak dapat mengakses kunci yang diperlukan untuk mendekripsi data yang disimpan. RoT yang disematkan di dalam paket silikon menyematkan identitas kriptografi yang relevan dalam paket chip. Interposer fungsi tunggal adalah bagian utama dari keamanan bidang data kami dan mengenkripsi data di setiap langkah pemrosesan. TOP memberikan manfaat berikut:
Solusi software yang telah terbukti seperti dm-crypt digunakan untuk drive dengan performa lebih rendah yang sangat penting untuk mengurangi permukaan serangan, seperti beberapa kasus penggunaan drive boot. |
Penyerang menyadap kabel jaringan dan membaca byte pada kabel atau fiber. |
TOP mengenkripsi data dalam pengiriman, yang menghilangkan peluang bagi ancaman untuk mengendus data berharga di jaringan. NIC kami menggunakan standar pengurangan beban hardware PSP. Standar ini menyediakan enkripsi hemat biaya dengan penurunan performa minimal. Implementasi ini mematuhi FIPS. Data pelanggan dienkripsi saat dikirimkan melalui Top of Rack (ToR) atau switch fabric. Beberapa infrastruktur machine learning menggunakan mekanisme keamanan transportasi eksklusif. |
Penyerang mengganti chip flash yang menyimpan kode yang dapat diubah di pusat data atau supply chain untuk menjalankan kode berbahaya di server. |
Chip Titan dirancang untuk menolak serangan dan tidak memberikan akses ke kredensial yang disimpan di dalamnya. Meskipun penyerang menulis ulang konten chip flash non-volatile, RoT Titan akan melaporkan pengukuran kode secara aman ke bidang kontrol Google, yang dirancang untuk memblokir perangkat. Google secara rutin mencabut kode yang tidak digunakan lagi atau yang diketahui rentan dalam skala global di armada kami dengan menggunakan chip Titan. |
Penyerang memasukkan perangkat yang bertentangan di antarmuka fisik server atau kartu pusat data untuk menjalankan kode berbahaya atau memindahkan data yang tidak sah. |
Desain motherboard kustom menghapus antarmuka yang digunakan untuk memasukkan perangkat yang merugikan. Konfigurasi Unit Pengelolaan Memori Input-Output (IOMMU) diterapkan untuk mencegah masalah PCIe screamer di semua firmware kami. (Screamer PCIe dirancang untuk membaca dan menulis paket arbitrer pada fabric PCIe.) Seiring berkembangnya industri, kami melengkapi perlindungan ini dengan PCI IDE untuk mengurangi risiko tambahan dari interposer PCI yang lebih canggih. ALTS dan TLS adalah satu-satunya koneksi jaringan autentikasi dan otorisasi yang diterima untuk fungsi kontrol dan pengelolaan di TOP dan BMC. RTM Caliptra memblokir firmware yang tidak disetujui. Periferal tepercaya kami membuktikan identitas hardware dan integritas kodenya ke bidang kontrol kami, dan tidak ada server yang diizinkan untuk produksi jika catatan pengesahan tidak cocok dengan maksud hardware dan software. |
Penyerang menggunakan serangan cold boot di pusat data untuk mengakses data di RAM. |
Enkripsi dalam memori Confidential Computing melindungi data sensitif atau kunci enkripsi apa pun dalam RAM. Enkripsi DRAM juga diaktifkan di mesin yang di-deploy tanpa Confidential Computing di pusat data edge dengan tingkat jaminan yang lebih rendah. |
Skenario: Eksploitasi server atau jaringan oleh pengguna jahat
Penyerang dapat menggunakan cloud publik untuk menghosting workload berbahaya mereka di infrastruktur bersama kami dan menyimpan data di layanan publik kami. Musuh eksternal, mulai dari individu hingga negara, juga dapat mencoba mendapatkan akses istimewa jarak jauh.
Untuk memitigasi tindakan ini, arsitektur keamanan hardware Titanium menggunakan chip Titan dan RTM Caliptra untuk menyediakan kredensial runtime secara aman dan membatasi hak istimewa pada hardware dan sistem operasi. Confidential Computing membantu melindungi dari manipulasi memori sistem – baik secara fisik maupun menggunakan serangan hypervisor – dan chip Titan menolak atau mendeteksi upgrade software yang tidak sah.
Tabel berikut menjelaskan beberapa ancaman eksploitasi server dan jaringan serta cara arsitektur Titanium dapat memitigasinya.
| Ancaman | Mitigasi titanium |
|---|---|
Penyerang mengeksploitasi kerentanan untuk keluar dari VM-nya dan mendapatkan akses ke data dan VM lain yang berjalan di mesin yang sama. |
Enklave Confidential Computing membatasi pemindahan data workload yang tidak sah, baik saat dalam proses maupun saat dalam penyimpanan. Mitigasi ini memblokir penyerang yang keluar dari VM agar tidak mengakses data yang sedang digunakan. Chip Titan dan RTM Caliptra mencegah penyerang mendapatkan akses persisten. Setiap upaya untuk mendapatkan akses persisten kemungkinan akan terdeteksi karena konfigurasi mesin tidak akan cocok dengan kebijakan konfigurasi dan kode untuk server tersebut. Kecocokan ini diperlukan sebelum mesin dapat menghosting beban kerja produksi setelah boot ulang. |
Penyerang meluncurkan pola serangan side-channel publik pada VM. |
Sistem pengelolaan fleet kami, yang menggunakan chip Titan, dapat mencabut software yang diketahui rentan. Pencabutan dapat memblokir serangan berikutnya yang menargetkan kerentanan yang diketahui ini. Pengukuran integritas berbasis Titan juga memberikan keyakinan tinggi bahwa mitigasi, yang mungkin perlu di-deploy dengan segera, telah di-deploy ke mesin target. Kami memperkuat pendekatan ini dengan tetap menjadi yang terdepan dalam penyelidikan dan mitigasi serangan melalui saluran samping, melalui teknik seperti retpoline dan penjadwalan inti, serta riset lanjutan tentang Meltdown, Spectre, Zenbleed, Downfall, dan lainnya. |
Penyerang menggunakan akses langsung ke SSD yang menyediakan penyimpanan untuk beberapa tenant untuk mencoba menyimpulkan data rekan tenant. |
Enkripsi data saat nonaktif membantu melindungi dari serangan logis dan fisik dengan berbagai interposer. Untuk resource yang tidak dibagikan, data setiap tenant dienkripsi menggunakan kunci yang berbeda, yang mengurangi peluang serangan akses langsung terhadap SSD. |
Penyerang memindai memori dan menggunakan saluran samping untuk menelusuri kunci atau kredensial enkripsi data. |
Chip Titan memungkinkan penyediaan kredensial yang disegel per mesin. Meskipun penyerang mendapatkan akses root di satu mesin, kredensialnya hanya terikat pada identitas pribadi chip Titan lokal. |
Penyerang membeli instance bare metal dan memindai semua periferal untuk mencoba mendapatkan akses persisten. |
Chip Titan menolak upgrade software yang tidak sah, termasuk push berbahaya untuk kontrol persisten. Alur kerja mesin kami secara positif mengonfirmasi pengukuran integritas yang diharapkan di seluruh siklus daya yang di-attest sistem penuh antara pelanggan bare-metal. |
Skenario: Eksploitasi server atau jaringan oleh perilaku bidang kontrol yang tidak sah
Orang dalam bidang kontrol jahat dapat mencoba mengeksploitasi sistem Google dengan berbagai cara, termasuk mencoba mendapatkan kontrol root atas router fabric, mengirimkan image firmware yang rusak ke motherboard, dan menguping traffic jaringan. Arsitektur keamanan hardware Titanium melindungi dari ancaman ini dengan menggunakan berbagai mekanisme, termasuk chip Titan, RTM Caliptra, motherboard kustom, dan layanan terisolasi yang toleran terhadap kesalahan backend.
Tabel berikut menjelaskan beberapa ancaman bidang kontrol dan cara arsitektur Titanium dapat memitigasinya.
| Ancaman | Mitigasi titanium |
|---|---|
Penyerang menggunakan kredensial orang dalam untuk mengakses VM Compute Engine yang berfungsi sebagai lapisan dasar untuk lingkungan pelanggan. |
TOP membantu memastikan bahwa administrator tidak memiliki akses ke lingkungan pelanggan. Tanpa akses, personel Google tidak dapat menggunakan kredensial mereka untuk mengakses lapisan hardware dan software istimewa yang berada di bawah VM pelanggan kami. Akses orang dalam Google ke data pelanggan diblokir karena data hanya dapat diakses melalui API yang ditentukan. |
Penyerang mendorong image firmware yang rusak dalam skala besar ke motherboard, sehingga merusaknya secara permanen. |
RoT chip Titan menolak upgrade software yang tidak sah, termasuk upaya berbahaya untuk mendapatkan kontrol persisten. Desain motherboard kustom menggunakan jaringan sinyal alternatif yang menghubungkan semua RoT kami ke RoT platform. RoT platform menyimpan firmware cadangan untuk perangkat penting. Meskipun jaringan dan PCI diblokir oleh penyerang, jaringan di luar band (OOB) dapat memulihkan sistem. |
Penyerang mengirimkan firmware produksi yang tidak digunakan lagi dan diketahui rentan ke mesin untuk mendapatkan kembali kontrol menggunakan kerentanan publik. |
Chip Titan menolak push yang buruk dan membantu menerapkan pencabutan kode yang diketahui rentan. Mereka mengatestasi versi firmware yang di-deploy di mesin dan menolak mesin di bidang kontrol. Mitigasi ini membantu mencegah tugas apa pun berjalan di mesin yang tidak sehat, dan memicu penyelidikan atau perbaikan jika diperlukan. |
Penyerang menyalahgunakan kemampuan penelusuran bug silikon yang diperlukan untuk kelangsungan bisnis, yang memberikan tingkat akses data tertinggi yang dapat dibayangkan dalam sistem server. |
Caliptra RTM membantu memastikan bahwa semua parameter yang mengaktifkan antarmuka debug invasif, baik terhubung secara logis atau melalui penyisipan fisik langsung, dikonfigurasi dengan tepercaya, diukur secara kriptografis, dan dilaporkan ke bidang kontrol kami menggunakan protokol pengesahan. Hanya mesin dalam status yang dimaksudkan yang mendapatkan akses untuk melayani workload produksi. |
Penyerang mendapatkan kontrol atas satu layanan backend sehingga mereka dapat mengakses lingkungan pelanggan. |
Layanan regional yang toleran terhadap kesalahan backend adalah infrastruktur kredensial regional yang tidak mengizinkan akses manusia secara sepihak. Selain mencegah operator login ke node komputasi, operator juga tidak dapat login ke bidang kontrol untuk mengambil materi kunci. Enklave Confidential Computing dalam arsitektur Titanium mengisolasi layanan otorisasi backend dan penyediaan kunci kami dari hak istimewa root mesin. Hierarki kunci membantu melindungi kunci penandatanganan dan otorisasi sebagian besar layanan. Dengan hierarki kunci, kunci root berada di kunci yang terisolasi dari jaringan yang disimpan di HSM dan brankas, atau kunci yang disimpan dalam produksi oleh kuorum Paxos dari penyimpanan data dalam memori. |
Langkah berikutnya
- Baca Ringkasan desain keamanan infrastruktur.
- Menerapkan Confidential Computing.