VIMA：面向容器化环境的隐私保护完整性度量架构

摘要

完整性验证与证明在容器化环境中至关重要，而传统Linux完整性度量架构（IMA）因缺乏容器特定上下文支持存在不足。这些缺陷会削弱容器自治性、加剧隐私风险并阻碍细粒度完整性检查。为解决这些问题，本文提出虚拟IMA（VIMA），该创新框架改进Linux IMA原理以支持容器化场景。通过嵌套Merkle树，VIMA的双树架构（2TA）可实现系统级整体树与独立容器树的细粒度完整性评估。结合Merkle树与零知识（ZK）证明，VIMA成为安全且隐私保护的验证与证明方案。对比分析与初步原型测试表明，VIMA以最小性能开销显著优于传统IMA，并具有巨大优化空间。

关键词

完整性度量架构、容器化、Linux

作者信息

Omar Jarkas（昆士兰大学，澳大利亚布里斯班）
Ryan K L Ko（昆士兰大学，澳大利亚布里斯班）
Naipeng Dong（昆士兰大学，澳大利亚布里斯班）
Redowan Mahmud（科廷大学，澳大利亚珀斯）

技术核心

架构设计

VIMA采用双树架构（2TA），通过嵌套Merkle树实现两级完整性度量：

系统级 monolithic tree：全局完整性监控
容器级独立树：按容器隔离的完整性验证

隐私保护机制

集成零知识证明技术，确保验证过程中敏感信息不被泄露，同时满足容器环境的自治需求。

性能表现

原型测试显示，VIMA在保持与传统IMA兼容性的同时，性能开销可控，为后续优化奠定基础。

出版信息

期刊：IACR Transactions on Cryptographic Hardware and Embedded Systems
卷期：2025年第4卷
页码：1053-1076
DOI：https://doi.org/10.46586/tches.v2025.i4.1053-1076
发布日期：2025年9月5日
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