Übersicht über geschütztes Fabric und abgeschirmte VMs
Gilt für: Windows Server 2022, Windows Server 2019, Windows Server 2016
Virtualisierungssicherheit ist ein bedeutender Investitionsbereich in Hyper-V. Zusätzlich zum Schutz von Hosts oder anderen virtuellen Computern vor einem virtuellen Computer mit Malware müssen wir virtuelle Computer auch vor einem gefährdeten Host schützen. Dies ist heute eine grundlegende Gefahr für jede Virtualisierungsplattform, ob Hyper-V, VMware oder andere. Wenn ein virtueller Computer aus einer Organisation herausgenommen wird (in böswilliger Absicht oder versehentlich), kann diese VM auf jedem anderen System ausgeführt werden. Der Schutz wertvoller Ressourcen in Ihrer Organisation, z.B. Domänencontroller, vertrauliche Dateiserver und Personalverwaltungssysteme, hat oberste Priorität.
Zum Schutz vor einem kompromittierten Virtualisierungsfabric führt Windows Server 2016 Hyper-V abgeschirmte VMs ein. Eine abgeschirmte VM ist eine Generation 2-VM (unterstützt unter Windows Server 2012 und höher) mit virtuellem TPM, die mit BitLocker verschlüsselt ist und nur auf fehlerfreien und genehmigten Hosts im Fabric ausgeführt werden kann. Abgeschirmte VMs und geschütztes Fabric ermöglichen Clouddienstanbietern oder Private Cloud-Administratoren in Unternehmen, eine sichere Umgebung für Mandanten-VMs bereitzustellen.
Ein geschütztes Fabric besteht aus:
- 1 Host-Überwachungsdienst (HGS) (in der Regel ein Cluster mit 3 Knoten).
- Mindestens ein überwachter Host.
- Eine Gruppe abgeschirmter virtueller Computer. Das folgende Diagramm zeigt, wie der Host-Überwachungsdienst den Nachweis verwendet, um sicherzustellen, dass nur bekannte und gültige Hosts die abgeschirmte VM starten können, und den Schlüsselschutzdienst, um die Schlüssel für abgeschirmte VMs sicher freizugeben.
Wenn ein Mandant abgeschirmte VMs erstellt, die auf einem geschützten Fabric ausgeführt werden, werden die Hyper-V-Hosts und die abgeschirmten VMs selbst durch den Host-Überwachungsdienst geschützt. Der Host-Überwachungsdienst bietet zwei verschiedene Dienste: Nachweis und Schlüsselschutz. Der Nachweisdienst stellt sicher, dass nur vertrauenswürdige Hyper-V-Hosts abgeschirmte VMs ausführen können, während der Schlüsselschutzdienst die Schlüssel bereitstellt, die erforderlich sind, um sie einzuschalten und ihre Livemigration zu anderen geschützten Hosts durchzuführen.
Weitere Informationen finden Sie in diesem Video unter Einführung in abgeschirmte virtuelle Computer.
Nachweismodi in der „Geschütztes Fabric“-Lösung
Der Host-Überwachungsdienst unterstützt verschiedene Nachweismodi für ein geschütztes Fabric:
- TPM-basierter Nachweis (hardwarebasiert)
- Hostschlüsselnachweis (basierend auf asymmetrischen Schlüsselpaaren)
Der TPM-vertrauenswürdige Nachweis wird empfohlen, da er stärkere Garantien bietet, wie in der folgenden Tabelle beschrieben, setzt aber voraus, dass Ihre Hyper-V-Hosts über TPM 2.0 verfügen. Wenn Sie derzeit nicht TPM 2.0 verwenden oder über kein TPM verfügen, können Sie den Hostschlüsselnachweis verwenden. Wenn Sie sich für den Wechsel zum TPM-vertrauenswürdigen Nachweis entscheiden, wenn Sie neue Hardware erwerben, können Sie den Nachweismodus auf dem Host-Überwachungsdienst mit minimaler oder ohne Unterbrechung Ihres Fabrics wechseln.
| Nachweismodus, den Sie für Hosts auswählen | Hostgarantien |
|---|---|
| TPM-vertrauenswürdiger Nachweis: bietet den stärksten Schutz, erfordert jedoch auch weitere Konfigurationsschritte. Hosthardware und -firmware müssen TPM 2.0 und UEFI 2.3.1 mit aktiviertem sicheren Start aufweisen. | Überwachte Hosts werden auf Basis ihrer TPM-Identität, der Sequenz für den kontrollierten Start und der Codeintegritätsrichtlinien genehmigt, die sicherstellen, dass nur genehmigter Code ausgeführt wird. |
| Hostschlüsselnachweis: soll vorhandene Hosthardware unterstützen, wo TPM 2.0 nicht verfügbar ist. Erfordert weniger Konfigurationsschritte und ist kompatibel mit gängiger Serverhardware. | Überwachte Hosts werden auf Basis des Schlüsselbesitzes genehmigt. |
Ein weiterer Modus, der Admin-basierte Nachweis, ist ab Windows Server 2019 veraltet. Dieser Modus basiert auf der Mitgliedschaft des geschützten Hosts in einer festgelegten Active Directory Domain Services (AD DS)-Sicherheitsgruppe. Der Hostschlüsselnachweis bietet eine ähnliche Hostidentifikation und ist einfacher einzurichten.
Garantien, die der Host-Überwachungsdienst bietet
Der Host-Überwachungsdienst bietet zusammen mit den Methoden zum Erstellen abgeschirmter VMs die folgenden Garantien.
| Typ der Garantie für VMs | Garantien für abgeschirmte VMs vom Schlüsselschutzdienst und von Erstellungsmethoden für abgeschirmte VMs. |
|---|---|
| Mit BitLocker verschlüsselte Datenträger (Betriebssystemdatenträger und Datenträger) | Abgeschirmte VMs verwenden BitLocker zum Schutz ihrer Datenträger. Die BitLocker-Schlüssel, die zum Starten der VM und Entschlüsseln der Datenträger benötigt werden, sind geschützt, weil das virtuelle TPM der abgeschirmten VM bewährte Technologien wie den sicheren kontrollierten Start verwendet. Während abgeschirmte VMs den Betriebssystemdatenträger nur automatisch verschlüsseln und schützen, können Sie der abgeschirmten VM angefügte Datenlaufwerke gleichermaßen verschlüsseln. |
| Bereitstellung neuer abgeschirmter VMs aus „vertrauenswürdigen“ Vorlagedatenträgern/-images | Bei der Bereitstellung neuer abgeschirmter VMs können Mandanten angeben, welche Vorlagedatenträger sie als vertrauenswürdig einstufen. Abgeschirmte Vorlagedatenträger verfügen über Signaturen, die zu einem Zeitpunkt berechnet werden, wenn ihre Inhalte als vertrauenswürdig eingestuft werden. Die Datenträgersignaturen werden dann in einem Signaturenkatalog gespeichert, den Mandanten beim Erstellen von abgeschirmten VMs sicher dem Fabric bereitstellen. Während der Bereitstellung abgeschirmter VMs wird die Signatur des Datenträgers erneut berechnet und mit den vertrauenswürdigen Signaturen im Katalog verglichen. Wenn die Signaturen übereinstimmen, wird die abgeschirmte VM bereitgestellt. Wenn die Signaturen nicht übereinstimmen, gilt der abgeschirmte Vorlagedatenträger als nicht vertrauenswürdig, und bei der Bereitstellung tritt ein Fehler auf. |
| Schutz von Kennwörtern und anderen geheimen Schlüsseln beim Erstellen einer abgeschirmten VM | Wenn Sie VMs erstellen, müssen Sie sicherstellen, dass VM-Geheimnisse wie vertrauenswürdige Datenträgersignaturen, RDP-Zertifikate und das Kennwort des lokalen Administratorkontos der VM nicht an das Fabric weitergegeben werden. Diese vertraulichen Informationen befinden sich in einer als geschützte Datendatei (PDK-Datei) bezeichneten verschlüsselten Datei, die von Mandantenschlüsseln geschützt und vom Mandanten in das Fabric hochgeladen wird. Beim Erstellen einer abgeschirmten VM wählt der Mandant die zu verwendenden geschützten Daten aus, wodurch diese Informationen sicher nur den vertrauenswürdigen Komponenten innerhalb des geschützten Fabrics zur Verfügung gestellt werden. |
| Mandanten steuern, wo die VM gestartet werden kann. | Zu den geschützten Daten zählt auch eine Liste der geschützten Fabrics, in denen eine bestimmte abgeschirmte VM ausgeführt werden darf. Dies ist z.B. in Fällen hilfreich, in denen eine abgeschirmte VM sich typischerweise in einer lokalen privaten Cloud befindet, jedoch möglicherweise zur Wiederherstellung im Notfall zu einer anderen (öffentlichen oder privaten) Cloud migriert werden muss. Die Zielcloud oder das Zielfabric muss abgeschirmte VMs unterstützen, und die abgeschirmte VM muss dem Fabric die Ausführung genehmigen. |
Was sind geschützte Daten, und warum sind sie notwendig?
Eine geschützte Datendatei (auch als Bereitstellungsdatendatei oder PDK-Datei bezeichnet) ist eine verschlüsselte Datei, die ein Mandant oder VM-Besitzer erstellt, um wichtige VM-Konfigurationsinformationen, z.B. Administratorkennwort, RDP und andere identitätsbezogene Zertifikate, Domänenbeitritts-Anmeldeinformationen usw. zu schützen. Ein Fabricadministrator verwendet die geschützte Datendatei beim Erstellen einer abgeschirmten VM, kann die in der Datei enthaltenen Informationen allerdings nicht anzeigen oder verwenden.
Unter anderem enthalten geschützte Datendateien geheime Schlüssel wie z. B.:
- Administratoranmeldeinformationen
- Eine Antwortdatei („unattend.xml“)
- Eine Sicherheitsrichtlinie, die bestimmt, ob mit diesen geschützten Daten erstellte VMs als abgeschirmt oder durch Verschlüsselung unterstützt konfiguriert werden.
- Denken Sie daran, dass VMs, die als abgeschirmt konfiguriert sind, vor Fabricadministratoren geschützt sind, während verschlüsselungsgestützte VMs dies nicht sind.
- Ein RDP-Zertifikat zum Sichern der Remotedesktopkommunikation mit der VM
- Ein Volumesignaturkatalog, der eine Liste vertrauenswürdiger, signierter Vorlagedatenträger-Signaturen enthält, auf deren Basis eine neue VM erstellt werden kann
- Eine Schlüsselschutzvorrichtung (Key Protector, KP), die definiert, auf welchen geschützten Fabrics eine abgeschirmte VM ausgeführt werden darf
Die geschützte Datendatei (PDK) gewährleistet, dass die VM wie vom Mandanten vorgesehen erstellt wird. Wenn der Mandant z. B. eine Antwortdatei („unattend.xml“) in die geschützte Datendatei einfügt und sie an den Hostinganbieter übermittelt, kann der Hostinganbieter diese nicht anzeigen oder ändern. Ebenso kann der Hostinganbieter beim Erstellen der abgeschirmten VM keine andere VHDX verwenden, da die geschützte Datendatei die Signaturen des vertrauenswürdigen Datenträgers enthält, auf dessen Basis abgeschirmte VMs erstellt werden können.
Die folgende Abbildung zeigt die geschützte Datendatei und zugehörige Konfigurationselemente.
Welche Typen virtueller Computer kann ein geschütztes Fabric ausführen?
Geschützte Fabrics können VMs in einer von drei möglichen Arten ausführen:
- Eine normale VM, die gegenüber früheren Versionen von Hyper-V weder mehr noch weniger Schutz bietet
- Eine durch Verschlüsselung unterstützte VM, deren Schutzmaßnahmen durch einen Fabricadministrator konfiguriert werden können
- Eine abgeschirmte VM, bei der alle Schutzmaßnahmen aktiviert sind und nicht durch einen Fabricadministrator deaktiviert werden können
Durch Verschlüsselung unterstützte VMs sollen dort eingesetzt werden, wo die Fabricadministratoren voll vertrauenswürdig sind. Beispielsweise könnte ein Unternehmen ein geschütztes Fabric bereitstellen, um sicherzustellen, dass VM-Datenträger zur Einhaltung von Vorschriften im Ruhezustand verschlüsselt werden. Fabricadministratoren können weiterhin komfortable Verwaltungsfunktionen wie VM-Konsolenverbindungen, PowerShell Direct und andere Tools zur täglichen Verwaltung und Problembehandlung verwenden.
Abgeschirmte virtuelle Computer dienen zur Verwendung in Fabrics, in denen Daten und Status des virtuellen Computers sowohl vor Fabricadministratoren als auch nicht vertrauenswürdiger Software, die möglicherweise auf den Hyper-V-Hosts ausgeführt wird, geschützt werden müssen. Abgeschirmte VMs würden z.B. nie eine VM-Konsolenverbindung zulassen, während ein Fabricadministrator diesen Schutz für durch Verschlüsselung unterstützte VMs aktivieren oder deaktivieren kann.
Die folgende Tabelle fasst die Unterschiede zwischen durch Verschlüsselung unterstützten und abgeschirmten VMs zusammen.
| Funktion | Generation 2 – durch Verschlüsselung unterstützt | Generation 2 – abgeschirmt |
|---|---|---|
| Sicherer Start | Ja, erforderlich, aber konfigurierbar | Ja, erforderlich und erzwungen |
| Vtpm | Ja, erforderlich, aber konfigurierbar | Ja, erforderlich und erzwungen |
| Verschlüsseln des VM-Status und Livemigrations-Datenverkehr | Ja, erforderlich, aber konfigurierbar | Ja, erforderlich und erzwungen |
| Integrationskomponenten | Konfigurierbar durch Fabricadministrator | Bestimmte Integrationskomponenten blockiert (z.B. Datenaustausch, PowerShell Direct) |
| Verbindung mit virtuellen Computern (Konsole), HID-Geräte (z.B. Tastatur, Maus) | Aktiviert, nicht deaktivierbar | Aktiviert auf Hosts ab Windows Server-Version 1803, auf früheren Hosts deaktiviert |
| COM/serielle Anschlüsse | Unterstützt | Deaktiviert (nicht aktivierbar) |
| Anfügen eines Debuggers (an den VM-Prozess)1 | Unterstützt | Deaktiviert (nicht aktivierbar) |
1 Traditionelle Debugger, die direkt an einen Prozess angefügt werden (z. B. WinDbg.exe), werden für abgeschirmte VMs blockiert, da der Workerprozess der VM (VMWP.exe) ein PPL (Protected Process Light) ist. Alternative Debuggingtechniken (etwa von „LiveKd.exe“) werden nicht blockiert. Im Gegensatz zu abgeschirmten VMs wird der Workerprozess für VMs mit Verschlüsselungsunterstützung nicht als PPL ausgeführt, sodass herkömmliche Debugger wie „WinDbg.exe“ weiterhin normal funktionieren.
Sowohl abgeschirmte als auch durch Verschlüsselung unterstützte VMs unterstützen weiterhin gängige Fabricverwaltungsfunktionen wie Livemigration, Hyper-V-Replikat, VM-Prüfpunkt usw.
Der Host-Überwachungsdienst in Aktion: Wie ein abgeschirmter virtuelle Computer eingeschaltet wird
VM01 ist eingeschaltet. Bevor ein überwachter Host eine abgeschirmte VM einschalten kann, muss zuerst positiv nachgewiesen werden, dass diese fehlerfrei ist. Um ihre Integrität nachzuweisen, muss sie dem Schlüsselschutzdienst (Key Protection Service, KPS) ein Integritätszertifikat vorlegen. Das Integritätszertifikat wird über den Nachweisprozess abgerufen.
Der Host fordert einen Nachweis an. Der geschützte Host fordert einen Nachweis an. Der Nachweismodus wird durch den Host-Überwachungsdienst vorgegeben:
TPM-basierter Nachweis: Hyper-V-Host sendet Informationen, die Folgendes enthalten:
TPM-identifizierende Informationen (seinen Endorsement Key)
Informationen zu Prozessen, die während der letzten Startsequenz (TCG-Protokoll) gestartet wurden
Informationen zur Codeintegritätsrichtlinie (CI), die auf dem Host angewendet wurde.
Nachweis geschieht beim Starten des Hosts und danach alle 8 Stunden. Wenn aus beliebigem Grund ein Host kein Nachweiszertifikat hat, wenn ein virtueller Computer versucht, zu starten, wird dadurch auch ein Nachweis ausgelöst.
Hostschlüsselnachweis: Der Hyper-V-Host sendet den öffentlichen Teil des Schlüsselpaars. Der HGS überprüft, ob der Hostschlüssel registriert ist.
Admin-vertrauenswürdiger Nachweis: Hyper-V-Host sendet ein Kerberos-Ticket, das die Sicherheitsgruppen identifiziert, zu denen der Host gehört. Der Host-Überwachungsdienst überprüft, ob der Host zu einer Sicherheitsgruppe gehört, die zuvor vom vertrauenswürdigen HGS-Administrator konfiguriert wurde.
Nachweis erfolgreich (oder mit Fehler). Der Nachweismodus bestimmt, welche Überprüfungen erforderlich sind, um erfolgreich nachzuweisen, dass der Host fehlerfrei ist. Mit TPM-basiertem Nachweis werden die TPM-Identität, die Startkontrollen und die Codeintegritätsrichtlinie des Hosts überprüft. Beim Hostschlüsselnachweis wird nur die Registrierung des Hostschlüssels überprüft.
Nachweiszertifikat wird an den Host gesendet. Angenommen, der Nachweis war erfolgreich, dann wird ein Integritätszertifikat wird an den Host gesendet, und der Host gilt als „überwacht“ (autorisiert zum Ausführen abgeschirmter VMs). Der Host verwendet das Integritätszertifikat, um den Schlüsselschutzdienst zur sicheren Freigabe der Schlüssel zu autorisieren, die zur Arbeit mit abgeschirmten virtuellen Computern benötigt werden.
Der Host fordert einen VM-Schlüssel an. Ein überwachter Hosts besitzt nicht den zum Einschalten einer abgeschirmten VM (in diesem Fall VM01) erforderlichen Schlüssel. Um die erforderlichen Schlüssel zu erhalten, muss der geschützte Host den folgenden KPS bieten:
- Das aktuelle Integritätszertifikat
- Einen verschlüsselten geheimen Schlüssel (Schlüsselschutzvorrichtung oder KP), der die erforderlichen Schlüssel zum Einschalten von VM01 enthält. Der geheime Schlüssel wird mit anderen Schlüsseln verschlüsselt, die nur KPS bekannt sind.
Freigabe des Schlüssels. KPS untersucht das Integritätszertifikat, um seine Gültigkeit zu überprüfen. Das Zertifikat darf nicht abgelaufen sein, und KPS muss dem Nachweisdienst vertrauen, der es ausgestellt hat.
Der Schlüssel wird an den Host zurückgegeben. Wenn das Integritätszertifikat gültig ist, versucht der KPS, den geheimen Schlüssel zu entschlüsseln und die zum Einschalten der VM erforderlichen Schlüssel sicher zurückzugeben. Die Schlüssel werden von der VBS des überwachten Hosts verschlüsselt.
Host schaltet auf VM01 ein.
Glossar zu geschütztem Fabric und abgeschirmten VMs
| Begriff | Definition |
|---|---|
| Host-Überwachungsdienst (Host Guardian Service, HGS) | Eine Windows Server-Rolle, die auf einem gesicherten Cluster von Bare-Metal-Servern installiert ist, die die Integrität eines Hyper-V-Hosts messen und Schlüssel für fehlerfreie Hyper-V-Hosts freigeben können, wenn sie abgeschirmte VMs einschalten bzw. mit ihnen eine Livemigration durchführen. Diese zwei Funktionen sind ein wesentlicher Bestandteil einer Lösung mit einer abgeschirmten VM und werden als Nachweisdienst und Schlüsselschutzdienst bezeichnet. |
| geschützter Host | Ein Hyper-V-Host, auf dem abgeschirmte VMs ausgeführt werden können. Ein Host kann nur dann als überwacht betrachtet werden, wenn er vom HGS-Nachweisdienst als fehlerfrei eingestuft wurde. Abgeschirmte VMs können nicht eingeschaltet oder live auf einen Hyper-V-Host migriert werden, für den noch kein Nachweis geführt werden konnte, bzw. der den Nachweis nicht erbringen konnte. |
| geschütztes Fabric | Dies ist der Sammelbegriff zur Beschreibung eines Fabrics mit Hyper-V-Hosts und deren Host-Überwachungsdienst, der die Fähigkeit zum Verwalten und Ausführen abgeschirmter VMs hat. |
| abgeschirmter virtueller Computer (VM) | Ein virtueller Computer, der nur auf geschützten Hosts ausgeführt werden kann und vor Untersuchung, Manipulation und Diebstahl durch bösartige Fabricadministratoren und Hostmalware geschützt ist. |
| Fabricadministrator | Ein Public Cloud- oder Private Cloud-Administrator, der virtuelle Computer verwalten kann. Im Kontext eines geschützten Fabrics hat ein Fabricadministrator keinen Zugriff auf abgeschirmte VMs oder die Richtlinien, die bestimmen, auf welchen Hosts abgeschirmte VMs ausgeführt werden können. |
| HGS-Administrator | Ein vertrauenswürdiger Administrator in der Public oder Private Cloud, der über die Berechtigung zum Verwalten der Richtlinien und des kryptografischen Materials für geschützte Hosts verfügt, d.h. Hosts, auf denen eine abgeschirmte VM ausgeführt werden kann. |
| Bereitstellungsdatendatei oder geschützte Datendatei (PDK-Datei) | Eine verschlüsselte Datei, die ein Mandant oder Benutzer erstellt, um wichtige Informationen der VM-Konfiguration zu speichern und vor dem Zugriff anderer Benutzern zu schützen. Eine geschützte Datendatei kann z.B. das Kennwort enthalten, das dem lokalen Administratorkonto zugewiesen wird, wenn die VM erstellt wird. |
| Virtualisierungsbasierte Sicherheit (VBS) | Eine Hyper-V-basierte Verarbeitungs- und Speicherumgebung, die vor Administratoren geschützt ist. Virtueller sicherer Modus gibt dem System die Möglichkeit zum Speichern von Betriebssystemschlüsseln, die für den Betriebssystemadministrator unsichtbar sind. |
| virtuelles TPM | Eine virtualisierte Version eines Trusted Platform Module (TPM). Ab Hyper-V in Windows Server 2016 können Sie ein virtuelles TPM 2.0-Gerät bereitstellen, damit virtuelle Computer verschlüsselt werden können, so wie ein physisches TPM die Verschlüsselung eines physischen Computers ermöglicht. |
Zusätzliche Referenzen
- Geschütztes Fabric und abgeschirmte VMs
- Blog: Datacenter and Private Cloud Security Blog (Blog zur Sicherheit in Rechenzentren und Private Clouds)
- Video: Einführung in abgeschirmte VMs
- Video: Einblick in abgeschirmte VMs mit Windows Server 2016 Hyper-V