1.如何保证 Java 应用安全？标准答案来了

如何保证 Java 应用安全？标准答案来了

       如何保证 Java 应用安全？

       在 Java 程序内存中保护密码安全，可以通过引入机密计算技术来实现。龙蜥社区云原生机密计算 SIG 推出了 Java 机密计算实现技术——Teaclave Java TEE SDK。该技术具有显著优点，已经经过企业级内部场景验证并在 Apache 社区开源。它在软件工程顶级会议 ICSE 上发表的商品采集e源码论文获得了 ACM SIGSOFT 杰出论文奖，是自 年以来，龙蜥社区云原生机密计算 SIG、上海交通大学、大连理工大学首次获此荣誉。

       保护 Java 程序内存中密码的安全，关键在于如何在运行时环境中安全使用敏感数据。密码一旦解密后，dropbox源码分析即以明文形式存在于 Java 堆上，可能导致被攻击或主动泄漏。为了解决这一问题，Teaclave Java TEE SDK 通过将密码从内存中销毁，大大减少了敏感信息暴露的时间窗口。此外，通过将密码保存为 char 数组或 byte 数组，避免了反射调用，使得销毁过程更加便利。使用 byte 数组保存密码，更是增加了信息的隐蔽性，使其难以被解读。routed源码分析

       然而，当前在网络上找到的解决方法，如缩短明文密码在内存中的存放时间，仅缩短了敏感信息暴露的时间窗口，并未真正保护明文密码。这些方法对密码的销毁时间判断弹性较大，开发人员未必能准确判断何时是最佳时机。更典型的案例，如著名的 log4j 漏洞问题，攻击者能够利用漏洞将恶意类文件上传至服务器，并通过 Java 动态类加载机制运行，窃取 Java 堆中的cockpit 源码编译私钥，进而获得服务器与客户端之间通信内容的完全访问权限。

       为了解决 Java 程序安全性问题，机密计算技术成为了一个标准答案。它通过提供硬件级的系统隔离，保障数据安全和程序运行安全。机密计算将执行环境分为富执行环境（REE）和可信执行环境（TEE），认为 REE 和 TEE 应该相互隔离，TEE 需要通过硬件加密来保证外界无法知晓其中的内容。这一机制在 年即已提出，并在随后的 多年中得到了发展。

       其中，SGX、CTWing接入源码TrustZone 等提供了通用型机密计算的硬件基础，Intel、微软等开源的驱动和 SDK 则为通用型机密计算提供了软件基础。然而，直接在 TEE 中运行 Java 程序并不友好，因为 TEE 只能执行 native 程序。为解决这一问题，Occlum 作为介于 TEE 底层 SDK 与 JVM 之间的一层 LibOS，支持 JVM 在 TEE 中的运行。然而，Occlum 方案存在安全性和性能下降的问题，TCB（可信计算基）过大，导致安全性不佳；性能下降，TEE 硬件与 REE 相比存在性能退化。

       针对上述问题，Teaclave Java TEE SDK 提出了一种在 TEE 中仅放入可信代码的解决方案。通过将可信代码从 Java 代码直接编译为 native code 放入 TEE 运行，Teaclave Java 采用模块分隔、机密计算服务化、简洁的机密计算服务生命周期管理 API、Java 静态编译等关键技术特性，将应用代码分为 Host、Enclave 和 Common 三个模块。Host 中为普通安全非敏感程序，Enclave 中为安全敏感程序，Common 中则是两者的公共代码。通过将可信代码放入 TEE 运行，实现了 Java 应用的机密计算，降低了安全性和性能的下降问题。Teaclave Java 提供了一站式快速实现 Java 机密计算应用的开发和构建能力，简化了 Java 机密计算的开发门槛。

       在实际应用中，Teaclave Java 通过将应用的普通代码放在 REE 中执行，安全敏感的解密和私钥放在 TEE 中，实现了对敏感数据和运算过程的保护。在机密计算框架的对比中，Teaclave Java 的 TCB（可信计算基）大小仅为 Occlum 的大约 1/ 到 1/，具有更高的安全性。运行时性能方面，Teaclave Java 的 native image 会直接以 native 代码形式运行，启动速度非常快，适用于小型应用。对于长时间执行的应用，性能优势会逐渐减小。此外，Teaclave Java 的运行时内存使用量更少，为应用提供了更高效、安全的运行环境。

       综上所述，Teaclave Java TEE SDK 是解决 Java 应用安全问题的有效方案，它通过硬件宽容性、安全沙箱隔离、高效的运行时性能和简洁的开发流程，为 Java 应用提供了全面的安全保障。未来，随着 GraalVM 的 Java 静态编译技术被贡献给 OpenJDK，Teaclave Java 方案将获得 JDK 的原生支持，进一步提升其性能和易用性。同时，Teaclave Java 项目的源代码已被贡献至 Apache 社区，加入机密计算框架 Teaclave 项目，正在开源孵化中。