トラステッド・プラットフォーム・モジュール（TPM）は、ISO/IEC 11889規格を実装した安全な暗号プロセッサです。一般的な用途としては、ブートプロセスが信頼できるハードウェアとソフトウェアの組み合わせから開始されていることを検証することや、ディスク暗号化キーを保存することが挙げられます。

TPM 2.0の実装はWindows 11のシステム要件の一部です。[1]

歴史

最初に導入されたTPMバージョンは2003年の1.1bでした。[2]

トラステッド・プラットフォーム・モジュール（TPM）は、コンピュータ業界のコンソーシアムであるTrusted Computing Group（TCG）によって考案されました。TPM主要仕様バージョン1.2へと発展し、2009年に国際標準化機構（ISO）と国際電気標準会議（IEC）によってISO/IEC 11889:2009として標準化されました。[3] TPM主要仕様バージョン1.2は、2011年3月3日に改訂を完了し、最終版が発行されました。[4] [5]

2014年4月9日、Trusted Computing Groupは、 TPMライブラリ仕様2.0と題した仕様の大幅なアップグレードを発表しました。[6]同グループは、エラッタ、アルゴリズムの追加、新しいコマンドを組み込んだ標準の開発作業を継続しており、最新版は2019年11月に2.0として公開されました。 [7] このバージョンはISO/IEC 11889:2015となりました。

新しいリビジョンがリリースされると、Trusted Computing Group によって複数のパートに分割されます。各パートは、新しい TPM 仕様全体を構成するドキュメントで構成されています。

  • パート 1 アーキテクチャ (設計原則から名称変更)
  • 第2部 TPMの構造
  • パート3 コマンド
  • パート4 サポートルーチン（TPM 2.0で追加）

バージョンの違い

TPM 2.0は多くの同じユースケースに対応し、類似した機能を備えていますが、詳細は異なります。TPM 2.0はTPM 1.2との下位互換性はありません。[8] [9] [10]

TPM 2.0のポリシー認証には、1.2のHMAC、局所性、物理的プレゼンス、PCRが含まれます。さらに、非対称デジタル署名、別の認証シークレットへの間接参照、カウンタと時間制限、NVRAM値、特定のコマンドまたはコマンドパラメータ、物理的プレゼンスに基づく認証が追加されます。これらの認証プリミティブのAND演算とOR演算により、複雑な認証ポリシーを構築できます。[23]

概要

TPMバージョン1.2標準に準拠したTrusted Platform Moduleのコンポーネント

トラステッド プラットフォーム モジュール (TPM) は以下を提供します。

  • ハードウェア乱数発生器[24] [25]
  • 限定された用途向けの暗号鍵を安全に生成する機能。
  • リモート認証：ハードウェアとソフトウェアの構成に関する、ほぼ偽造不可能なハッシュキーのサマリーを作成します。このハッシュキーを使用することで、ハードウェアとソフトウェアが変更されていないことを検証できます。サマリーの範囲は、セットアップのハッシュ化を担当するソフトウェアによって決定されます。
  • バインディング：データは、ストレージキーから派生した固有のRSAキーであるTPMバインドキーを使用して暗号化されます。TPMを搭載したコンピューターは、暗号化キーを作成し、TPMのみが復号化できるように暗号化することができます。このプロセスは、ラッピングまたはキーのバインディングとも呼ばれ、キーの漏洩を防ぐのに役立ちます。各TPMには、ストレージルートキーと呼ばれるマスターラッピングキーがあり、TPM自体に保存されています。ユーザーレベルのRSAキーコンテナは、特定のユーザーのWindowsユーザープロファイルに保存され、その特定のユーザーIDで実行されるアプリケーションの情報を暗号化および復号化するために使用できます。[26] [27]
  • シールされたストレージ：復号化（シール解除）するデータのTPM状態[28]を指定します。 [29]
  • データを復号化（アンシール）するためのその他のトラステッドコンピューティング機能。 [30]

コンピュータプログラムは、TPMチップに製造時に固有の秘密のエンドースメントキー（EK）が焼き込まれているため、ハードウェアデバイスの認証にTPMを使用できます。ハードウェアに組み込まれたセキュリティは、ソフトウェアのみのソリューションよりも強力な保護を提供します。 [31] 一部の国では使用が制限されています。[32]

用途

プラットフォームの整合性

tpm2-softwareプラットフォーム構成レジスタ (PCR) の読み取り、TPM デバイスから取得した getrandom の結果、および TPM バージョン (2.0) を示すスクリーンショット

TPMの主な目的は、起動時にプラットフォームの整合性を確保することです。ここで言う「整合性」とは「意図したとおりに動作する」ことを意味し、「プラットフォーム」とはオペレーティングシステムを問わず、あらゆるコンピュータデバイスを指します。これは、起動プロセスが信頼できるハードウェアとソフトウェアの組み合わせから開始され、オペレーティングシステムが完全に起動し、アプリケーションが実行されるまで継続されることを保証するためです。

TPM を使用する場合、整合性の確保はファームウェアとオペレーティング システムが担当します。

例えば、Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) は TPM を用いて信頼のルートを形成できます。TPM には、セキュリティ関連メトリクスの安全な保存と報告を可能にする複数のプラットフォーム構成レジスタ (PCR) が含まれています。これらのメトリクスは、以前の構成の変更を検出し、今後の処理を決定するために使用できます。このような使用例としては、Linux Unified Key Setup (LUKS) [33] 、 BitLocker、PrivateCore vCage メモリ暗号化などが挙げられます (下記参照)。

TPMによるプラットフォーム整合性のもう一つの例は、 Microsoft Office 365ライセンスとOutlook Exchangeの使用です。 [34]

プラットフォームの整合性を確保するためにTPMが使用されるもう一つの例は、信頼チェーンを構築するTrusted Execution Technology（TXT）です。これにより、コンピュータが指定されたハードウェアとソフトウェアを使用していることをリモートで証明できます。[35]

ディスク暗号化

dm-cryptなどのフルディスク暗号化ユーティリティは、この技術を使用して、コンピュータのストレージデバイスの暗号化に使用されるキーを保護し、ファームウェアとブートセクタを含む信頼できるブートパスの整合性認証を提供できます。[36]

実装

マザーボードにインストールされた Trusted Platform Module

ノートパソコンとノートブック

2006年には、TPMチップを内蔵した新しいノートパソコンの販売が開始されました。将来的には、このコンセプトは、コンピュータの既存のマザーボードチップに搭載されるだけでなく、携帯電話など、TPM機能を利用できるあらゆるデバイスにも搭載される可能性があります。PCでは、Low Pin Count（LPC）バスまたはSerial Peripheral Interface（SPI）バスのいずれかを使用してTPMチップに接続します。

Trusted Computing Group (TCG)は、Infineon Technologies、Nuvoton、STMicroelectronicsが製造したTPMチップを認証しており、[37] Advanced Micro Devices、Atmel、Broadcom、IBM、Infineon、Intel、Lenovo、National Semiconductor、Nationz Technologies、Nuvoton、Qualcomm、Rockchip、Standard Microsystems Corporation、STMicroelectronics、Samsung、Sinosun、Texas Instruments、WinbondにTPMベンダーIDを割り当てています。[38]

TPM 2.0

TPM 2.0の実装には5つの異なるタイプがあります（最も安全なものから最も安全なものの順にリストされています）：[39] [40]

  • ディスクリートTPM（dTPM）は、TPM機能を独自の耐タンパー性半導体パッケージに実装した専用チップです。dTPMは最もセキュアで、FIPS-140レベル3の物理セキュリティ[41]認定を取得しており、ソフトウェアで実装されたルーチンに対する攻撃に対する耐性を備えています。また、dTPMのパッケージには、ある程度の耐タンパー性も求められます。例えば、自動車のブレーキコントローラー用のTPMは、高度な手法によってハッキングから保護されています。[42]
  • 統合TPM（iTPM）は別のチップの一部です。ソフトウェアのバグに耐性のあるハードウェアを使用していますが、耐タンパー性を実装する必要はありません。Intelは一部のチップセットにTPMを統合しています。
  • ファームウェアTPM（fTPM）は、 CPUの信頼された実行環境で実行されるファームウェアベース（例：UEFI ）のソリューションです。Intel、AMD、QualcommがファームウェアTPMを実装しています。
  • 仮想TPM（vTPM）は、仮想マシン内で実行されるソフトウェアから隠蔽された隔離された実行環境内のハイパーバイザによって提供され、仮想マシン内のソフトウェアからコードを保護します。vTPMは、ファームウェアTPMに匹敵するセキュリティレベルを提供できます。Google Cloud PlatformはvTPMを実装しています。[43]
  • ソフトウェアTPMは、TPMのソフトウェアエミュレータであり、オペレーティングシステム内で通常のプログラムが受ける保護レベルと同等の保護レベルで動作します。実行環境に完全に依存しているため、通常の実行環境で提供されるセキュリティレベルを超えることはありません。開発用途には有用です。

オープンソース

TPM 2.0仕様の公式TCGリファレンス実装は、Microsoftによって開発されました。BSDライセンスの下でライセンスされており、ソースコードはGitHubで公開されています。[44]

2018年にインテルは、 LinuxとMicrosoft WindowsをサポートするTrusted Platform Module 2.0（TPM2）ソフトウェアスタックをオープンソース化しました。[45]ソースコードはGitHubでホストされており、BSDライセンスの下でライセンスされています。[46] [47]

インフィニオンは、 TCGのソフトウェアスタック（TSS）拡張システムAPI（ESAPI）仕様に準拠したオープンソースTPMミドルウェアの開発に資金を提供しました。[48]これは、フラウンホーファー安全情報技術研究所（SIT）によって開発されました。[49]

IBMのソフトウェアTPM 2.0は、TCG TPM 2.0仕様の実装です。TPM仕様パート3および4、およびMicrosoftから寄贈されたソースコードに基づいています。実装を完了するための追加ファイルが含まれています。ソースコードはSourceForge [50]とGitHub [51]でホストされており、BSDライセンスの下でライセンスされています。

2022年、AMDは、特定の状況下でfTPMの実装がパフォーマンス問題を引き起こすことを発表しました。修正はBIOSアップデートの形で提供されています。[52] [53]

批判

トラステッド・コンピューティング・グループ（TCG）は、この技術の導入に抵抗に直面している。一部の専門家は、トラステッド・コンピューティングとは直接関係のない用途がプライバシー上の懸念を引き起こす可能性があると考えている。懸念事項としては、ソフトウェアの実行を許可するソフトウェアを決定するためにソフトウェアのリモート検証を悪用することや、ユーザーの行動を追跡し、ユーザーには全く検知されない方法でデータベースに記録する方法などが挙げられる。[54]

TrueCryptディスク暗号化ユーティリティとその派生製品であるVeraCryptは、 TPMをサポートしていません。オリジナルのTrueCrypt開発者は、TPMの唯一の目的は「攻撃者が管理者権限またはコンピュータへの物理的アクセスを必要とする攻撃から保護すること」であると考えていました。コンピュータへの物理的アクセスまたは管理者アクセスを持つ攻撃者は、ハードウェアキーストロークロガーのインストール、TPMのリセット、メモリ内容のキャプチャとTPM発行キーの取得などにより、TPMを回避できます。非難文では、TPMは完全に不要であると主張するまでになっています。[55] VeraCryptの発行者は、「TrueCrypt」を「VeraCrypt」に置き換えた以外は、元の主張をそのまま再現しています。[56]作者の言う通り、制限のない物理的アクセスまたは管理者権限のいずれかを獲得すれば、他のセキュリティ対策が回避されるのは時間の問題です。[57] [58]しかし、管理者権限を持つ攻撃者を阻止することはTPMの目的の一つではありません（詳細は§ 用途を参照）。また、TPMは物理的な改ざんをある程度阻止することができます。[33] [35] [59] [60] [61]

2015年、リチャード・ストールマンは、「信頼できるコンピューティング」という用語を「危険なコンピューティング」という用語に置き換えることを提案しました。これは、暗号鍵が所有者から秘密にされている場合、コンピュータが所有者の指示に組織的に従わなくなる危険性があるからです。彼はまた、2015年にPCで利用可能なTPMは現時点では（時期的に？）危険ではなく、業界がDRMにこの技術を利用しようとした試みが失敗したからといって、コンピュータにTPMを組み込んだりソフトウェアでサポートしたりしない理由はないと考えています。しかし、2022年にリリースされるTPM2こそが、まさに彼が警告していた「危険なコンピューティング」の脅威であると考えています。[62]

2023年8月、AMD fTPMの遅延バグに不満を抱いたリーナス・トーバルズhwrnd氏は、「あの馬鹿げたfTPMを無効化しよう」と発言した。彼は、CPUベースの乱数生成器（）もrdrand、バグはあるものの、同等に適していると述べた。Neowinの記事でサヤン・セン氏はトーバルズ氏の発言を引用し、彼を「強い意見を持つ男」と呼んだ。[63]

セキュリティ問題

2010年、クリストファー・タルノフスキー氏はBlack Hat BriefingsでTPMに対する攻撃手法を発表し、単一のTPMから機密情報を抽出できると主張しました。彼は6ヶ月間の作業を経て、プローブを挿入し、Infineon SLE 66 CL PCの内部バスをスパイすることで、この攻撃を成功させました。 [64] [65]

物理的アクセスの場合、TPM 1.2を搭載したコンピュータは、システムがオンになっているか、シャットダウン、スリープ、または休止状態からパスフレーズなしで起動できる限り、コールドブート攻撃に対して脆弱です。これは、BitLockerフルディスク暗号化を備えたWindowsコンピュータのデフォルト設定です。[66] 修正が提案され、TPM 2.0の仕様に採用されました。

2009年、TPM 1.2の共有認証データの概念に欠陥があることが判明しました。データへのアクセス権を持つ攻撃者は、TPMからの応答を偽装することができました。[67]修正案が提案され、TPM 2.0の仕様に採用されました。

2015年のスノーデン暴露の一環として、2010年に米国CIAチームが内部会議でTPMに対して差分電力解析攻撃を実行し、機密情報を抽出したと主張していたことが明らかになった。[68] [69]

2017年11月以前の主要なTrusted Boot（tboot）ディストリビューションは、動的信頼測定ルート（DRTM）攻撃CVE - 2017-16837の影響を受けており、これはブートアップルーチンにIntelのTrusted eXecution Technology（TXT）を使用しているコンピュータに影響を与えます。 [70]

2017年10月、インフィニオンが開発し、同社のTPMで広く使用されていたコードライブラリに、 ROCAと呼ばれる脆弱性が含まれていることが報告されました。この脆弱性により、公開鍵から秘密鍵を推測できる弱いRSA鍵ペアが生成されます。その結果、このような弱い鍵のプライバシーに依存するすべてのシステムが、個人情報の盗難やなりすましなどの侵害に対して脆弱になります。[71]暗号化鍵をブラインド化せずにTPMに直接保存する暗号システムは、攻撃者が暗号化の秘密を抽出できる場合、パスワードやその他の要素が意味をなさなくなるため、この種の攻撃に対して特に危険にさらされる可能性があります。[72]インフィニオンは、TPMを使用しているメーカーに対して、TPMのファームウェアアップデートをリリースしました。[73]

2018年、TPM 2.0仕様における静的信頼の測定ルート（SRTM）の設計上の欠陥が報告されました（CVE - 2018-6622）。この欠陥により、攻撃者はプラットフォーム構成レジスタをリセットし、偽造することが可能になります。これらのレジスタは、コンピューターのブートストラップに使用されるソフトウェアの測定値を安全に保持するために設計されています。[74]この問題を修正するには、ハードウェア固有のファームウェアパッチが必要です。[74]攻撃者は、電源割り込みとTPMの状態復元を悪用し、TPMが改ざんされていないコンポーネント上で動作していると誤認させます。[70]

2021年、Dolosグループは、TPMチップ自体にはある程度の耐タンパー性があるものの、通信バスの他のエンドポイントには耐タンパー性がない、ディスクリートTPMへの攻撃を実証しました。彼らはマザーボードを介して送信されるフルディスク暗号化キーを読み取り、それを用いてノートパソコンのSSDを復号しました。[75]

可用性

2025 年現在、ほぼすべての PC およびノー​​トパソコンのメーカーが自社製品に TPM を搭載しています。

ベンダーには以下が含まれます。

ハイブリッド型もあり、例えばTPMはイーサネットコントローラに統合できるため、別個のマザーボードコンポーネントは不要になります。[83] [84]

フィールドアップグレード

フィールドアップグレードとは、TPMファームウェアのアップデートを指すTCG用語です。アップデートは、TPM 1.2とTPM 2.0の間、またはファームウェアバージョン間で行われます。ベンダーによっては、1.2と2.0間の移行回数を制限したり、以前のバージョンへのロールバックを制限したりしています。[要出典] HP [85]などのプラットフォームOEMは、アップグレードツールを提供しています。

2016 年 7 月 28 日以降、すべての新しい Microsoft デバイス モデル、ライン、またはシリーズ (または CPU、グラフィック カードなどの主要な更新による既存のモデル、ライン、またはシリーズのハードウェア構成の更新) では、TPM 2.0 が実装され、既定で有効になっています。

TPM 1.2の部品は個別のシリコン部品であり、通常はマザーボードにはんだ付けされていますが、TPM 2.0は、単一の半導体パッケージ内の個別の（dTPM）シリコン部品、1つまたは複数の半導体パッケージに組み込まれた統合部品（同じパッケージ内の他のロジックユニットと一緒に）、および汎用システムオンチップ（SoC）上の信頼できる実行環境（TEE）で実行されるファームウェア（fTPM）ベースの部品として利用できます。[86]

仮想TPM

  • Google Compute Engineは、 Google CloudのShielded VM製品の一部として仮想化TPM（vTPM）を提供した最初の大手クラウドプロバイダーでした。 [87] Amazon Web Servicesも2022年にこれに続き、vTPMサービスを「Nitro TPM」と名付けました。[88]
  • libtpmsライブラリは、Trusted Platform Module（TPM 1.2およびTPM 2.0）のソフトウェアエミュレーションを提供します。このライブラリは、TPM機能をハイパーバイザー、特にQemuに統合することを目的としています。[89]

オペレーティングシステム

  • Windows 11では、最小システム要件としてTPM 2.0のサポートが必要です。[90] [91]多くのシステムではTPMはデフォルトで無効になっているため、有効にするにはコンピューターのUEFIの設定を変更する必要があります。[92]
  • Windows 8以降では、TPM 2.0 がネイティブでサポートされています。
  • Windows 7では、TPM 2.0のサポートを追加するための公式パッチをインストールできます。[93]
  • Windows VistaからWindows 10までは、TPM 1.2 がネイティブでサポートされています。
  • Trusted Platform Module 2.0 (TPM 2.0) は、Linuxカーネルバージョン4.0 (2015) 以降でサポートされています[94] [95] [96] [97]

プラットフォーム

  • Googleはセキュリティモデルの一部としてChromebookにTPMを組み込んでいます。 [98]
  • Oracleは、T3シリーズやT4シリーズのサーバーなどのXシリーズおよびTシリーズシステムにTPMを搭載しています。[99] Solaris 11ではサポートされています。[100]
  • 2006年、Intelプロセッサを搭載した最初のMacintoshモデルの発売に伴い、AppleはMacにTPMを搭載し始めました。Appleは公式ドライバを提供しませんでしたが、GPLライセンスの移植版は提供されていました。[101] Appleは2006年以降、TPMを搭載したコンピュータを出荷していません。 [102] 2016年以降、Apple製品は「Secure Enclave」と呼ばれる独自の信頼できるハードウェアコンポーネントの採用を開始しました。これは当初は独立したチップとして、後にApple Silicon CPUに統合されました。Apple Secure EnclaveはTPMと互換性がありません。[103]
  • 2011年、台湾メーカーのMSIは、 AMD CPUとInfineon Security Platform TPMを搭載したWindpad 110Wタブレットを発売しました。このタブレットには、制御ソフトウェアバージョン3.7が付属しています。このチップはデフォルトで無効になっていますが、プリインストールされたソフトウェアで有効にすることができます。[104]

仮想化

  • VMware ESXiハイパーバイザーは4.x以降TPMをサポートしており、5.0からはデフォルトで有効になっています。[105] [106]
  • Xenハイパーバイザーは仮想TPMをサポートしています。各ゲストは、独自のエミュレートされたソフトウェアTPMを取得します。[107]
  • KVMはQEMUと組み合わせることで、仮想TPMをサポートしています。2012年時点では、物理TPMチップを単一の専用ゲストにパススルーする機能をサポートしています。2017年12月にリリースされたQEMU 2.11では、エミュレートされたTPMもゲストに提供されます。[108]
  • VirtualBoxは、2022年10月にリリースされたバージョン7.0以降、仮想TPM 1.2および2.0デバイスをサポートしています。[109]

ソフトウェア

  • Microsoft のオペレーティング システムWindows Vista以降では、このチップをBitLockerというディスク暗号化コンポーネントと組み合わせて使用​​しています。Microsoft は、2015 年 1 月 1 日から、 Windows 8.1 の ハードウェア認証に合格するためには、すべてのコンピューターに TPM 2.0 モジュールが搭載されていなければならないと発表していました。[110]しかし、2014 年 12 月の Windows 認証プログラムのレビューでは、これはオプションの要件になりました。ただし、接続されたスタンバイシステムには TPM 2.0 が必須です。[111] Hyper-V で実行されている仮想マシンは、Windows 10 1511 および Windows Server 2016 以降、独自の仮想 TPM モジュールを持つことができます。 [ 112] Microsoft Windows には、TPM に関する情報を取得するために使用できるユーティリティtpmtoolと、コンピューター上でTPM 仮想スマート カードを作成および削除できるコマンド ライン ツールtpmvscmgr の2つの TPM 関連コマンドが含まれています。 [113] [114]

エンドースメントキー

TPMエンドースメントキー（EK）は、各TPMに固有の非対称鍵ペアです。RSAアルゴリズムとECCアルゴリズムを使用します。TPMメーカーは通常、TPMの不揮発性メモリにエンドースメントキー証明書をプロビジョニングします。この証明書は、TPMが真正であることを証明します。TPM 2.0以降、証明書はX.509 DER形式です。

これらの製造元は通常、証明機関のルート証明書（場合によっては中間証明書）を自社の Web サイトで提供しています。

ソフトウェアライブラリ

TPMを利用するには、TPMと通信し、生のTPM通信よりも使いやすいAPIを提供するソフトウェアライブラリが必要です。現在、そのようなオープンソースのTPM 2.0ライブラリはいくつか存在します。中にはTPM 1.2もサポートしているものもありますが、ほとんどのTPM 1.2チップは既に非推奨となっており、最近の開発はTPM 2.0に重点を置いています。

通常、TPMライブラリは、TPMコマンドに1対1でマッピングされたAPIを提供します。TCG仕様では、このレイヤーをシステムAPI (SAPI) と呼んでいます。これにより、ユーザーはTPM操作をより細かく制御できますが、複雑さが増します。複雑さを軽減するために、ほとんどのライブラリは複雑なTPM操作をより簡単に呼び出す方法も提供しています。TCG仕様では、これらの2つのレイヤーを拡張システムAPI (ESAPI) と機能API (FAPI) と呼んでいます。

現在、TCG仕様に準拠するスタックは1つだけです。他のオープンソースTPMライブラリはすべて、より豊富なAPIを備えた独自の形式を使用しています。

  1. ^ Fraunhofer [142]による「CHARRA」という別のプロジェクトがあり、これはtpm2-tssライブラリをリモート認証に使用しています。他のスタックには、認証サーバーが付属しているか、認証サンプルが直接含まれています。IBMは「IBM ACS」と呼ばれるオープンソースのリモート認証サーバーをSourceForgeで提供しており、Googleは「Go-Attestation」をGitHubで公開しています。一方、「wolfTPM」は、同じくGitHubで、オープンソースコード内に時刻認証とローカル認証のサンプルを直接提供しています。
  2. ^ tpm2-tssライブラリを使用したAURIX 32ビットSoCのサンプルプロジェクトに関するアプリケーションノート[143]があります。
  3. ^ Linux で実行するには追加のライブラリ (dotnet) が必要です。

これらのTPMライブラリは、開発者やユーザーがTPMと対話するためのインターフェースを提供するため、TPMスタックと呼ばれることもあります。表からわかるように、TPMスタックはオペレーティングシステムとトランスポート層を抽象化するため、ユーザーは1つのアプリケーションをプラットフォーム間で移行できます。例えば、TPMスタックAPIを使用すれば、物理チップがホストシステムにSPI、I2C、またはLPCインターフェースを介して接続されているかどうかに関係なく、ユーザーはTPMを同じように操作できます。

参照

参考文献

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