32、基于可信计算的推理控制新范式

基于可信计算的推理控制新范式

1. 架构介绍

1.1 传统架构

传统的推理控制架构中，访问控制和推理控制都在数据库服务器端执行。其结构如图 1 中的 (a) 所示。在这个架构里，访问控制模块（ACM）实现访问控制功能，推理控制模块（ICM）执行指定的推理控制算法（例如 Audit Expert），作为保护数据库的额外防线。
当服务器收到用户的新查询时，ACM 首先会根据访问控制数据库（AC 数据库）来判断用户是否为合法用户，该数据库包含访问控制规则和策略。如果用户合法，服务器会进一步与 ICM 协作，判断该查询是否会导致信息泄露。ICM 会依据推理控制（IC）策略以及用户过去的查询记录（存储在查询日志中），通过执行指定的推理控制算法来评估查询。只有当 ACM 判定用户有访问权限，且 ICM 认为在推理控制策略下不会发生信息泄露时，查询响应才会返回给用户。在这个架构中，IC 策略是执行推理控制算法的关键，它规定了保护属性、目标和约束等内容。查询日志由服务器维护，会累积每个用户的所有查询。

1.2 新架构

由于推理控制的执行计算量较大，传统架构可能会使数据库服务器成为瓶颈。为了解决这个问题，提出了一种新的推理控制架构，如图 1 中的 (b) 所示。其基本思想是将推理控制功能转移到各个用户端。具体来说，ICM 位于用户端而非服务器端，它会累积用户发出的查询来维护查询日志。
当用户要查询数据库时，会向 ICM 发出查询请求，然后 ICM 会与服务器端的 ACM 进行通信，检查用户是否有权限访问数据。ACM 根据访问规则和策略检查用户请求，如果用户被授予访问权限，ACM 会将查询响应和 IC 策略返回给 ICM。接着，ICM 会根据其查询日志和 IC 策略执行推理控制算法。只有在 IC 策略下查询不会导致信息泄露时，ICM 才会将响应释放给用户。在这个架构中，用户端的 ICM 可视为数据库服务器在推理控制方面的扩展。

1.3 可信计算的作用

新架构面临一个挑战，即数据库服务器可能会失去对 ICM 的控制，用户可能会破坏 ICM 以绕过推理控制。为解决这个问题，需要向数据库服务器提供某种保证，确保 ICM 能按预期执行，不受用户干扰和操纵，而这种保证可通过可信计算来实现。
用户的机器配备了符合 TCG 标准的 TPM 以及其他可能的可信硬件。可以基于 TPM 在硬件层构建可信平台，同时在操作系统内核空间构建安全内核，在应用程序空间部署 ICM。硬件与安全内核相互协作，为 ICM 提供从基本加密功能到密封存储、平台认证和受保护运行环境等必要的安全功能。TPM 通过其完整性测量、存储和报告机制，保护平台组件（包括安全内核和 ICM）的完整性。更重要的是，通过 TPM 的平台认证机制，受保护平台的运行状态可以传达给远程数据库服务器，使服务器能够判断平台是否处于足够可信的状态。处于可信状态的受保护平台能确保 ICM 按预期执行推理控制，不受用户干扰或操纵。这种平台架构可视为一个开放系统，因为主机既容纳受保护的应用程序，也容纳不受保护的应用程序。

1.4 ACM 与 ICM 的交互

在新架构中，ACM 对数据库执行访问控制机制，并代表数据库服务器与所有用户进行交互。而 ICM 负责根据数据库服务器指定的 IC 策略执行推理控制，同时作为用户端与数据库服务器交互的接口。ICM 是受 TPM 保护的应用程序，与用户主机紧密相连。
假设用户有特定的身份信息（如用户密码）用于向 ACM 进行身份识别。当 ICM 将用户的身份信息和查询发送给 ACM 时，ACM 会执行访问控制，如果用户查询被授权，会制定查询响应。在发送查询响应之前，ACM 会先向 ICM 发送认证挑战。根据 ICM 的认证响应，ACM 可以判断用户平台是否处于可信状态。如果是，ACM 会将查询响应和 IC 策略释放给 ICM，以便执行推理控制。

2. 协议概述

2.1 新安全威胁

将推理控制从数据库服务器转移到用户主机带来了传统架构中不存在的新安全威胁。
1. ICM 的完整性 ：由于 ICM 位于用户主机，恶意用户可能会试图改变受保护平台（特别是 ICM）的指定功能，以绕过推理控制。可以利用 TPM 的完整性测量、存储和报告机制来检测用户平台（包括 ICM）的完整性是否受到破坏。
2. 查询日志的完整性 ：推理控制的执行依赖于查询日志，如果查询日志被未经授权地修改或删除，推理控制将失去基础。为防止这种威胁，将查询日志的完整性摘要与保护查询响应机密性的密钥相关联。
3. IC 策略的真实性 ：IC 策略规定了推理控制的执行方式，在传输或存储过程中可能会被恶意篡改。为确保 ICM 在用户主机上执行的 IC 策略确实由数据库服务器分发且未被篡改，假设 ACM 持有数字签名密钥对 (pkACM, skACM)。在向用户分发 IC 策略之前，ACM 会对其进行签名，以便 ICM 检查策略在传输或存储过程中是否被破坏，并验证策略的来源。
4. ICM 维护的机密信息的保密性 ：在某些情况下，ICM 需要维护一些秘密密钥来保护数据库服务器在用户端的数据。为防止恶意用户读取这些机密信息，ICM 借助 TPM 将这些秘密存储在密封存储中。
5. 查询响应的保密性 ：在 ICM 确定是否安全释放查询响应之前，用户不应读取这些响应。在存储时，查询响应可以使用 ICM 维护的秘密密钥进行保护。在传输过程中，通过 ICM 要求 TPM 生成临时非对称加密密钥对来建立安全通道，其中公钥由 TPM 认证，私钥存储在受保护的存储中。ACM 使用公钥对查询响应进行加密后发送给 ICM，ICM 在安全软件环境中请求 TPM 进行解密操作。同时，将查询日志的完整性保护与查询响应的机密性保护相结合，在请求 TPM 进行解密操作时，授权数据不仅来自用户密码，还来自查询日志的内容摘要。如果查询日志的完整性受到破坏，TPM 将拒绝授权数据，从而阻止访问私钥进行解密操作。
6. 受保护的执行环境 ：ICM 的运行需要一个受保护的执行环境，否则用户主机上的操作系统内核或其他并行运行的应用程序可能会访问 ICM 应用程序域内的代码和数据。一种更实际的解决方案是将用户主机划分为受保护域和非受保护域，受保护域包含 ICM 等受限制的受保护应用程序，非受保护域包含其他不需要保护的应用程序。虽然目前可信计算组（TCG）指定的 TPM 功能不足以支持这种解决方案，但像英特尔的 LaGrande 技术（LT）等技术正在努力建立所需的受保护环境。在协议中，可以合理假设 TPM（可能与其他可信硬件一起）使 ICM 能够独立运行，不受其他并行运行应用程序的干扰，并且 ICM 退出执行时，其执行域中使用的应用程序数据将自动擦除。

2.2 协议步骤

协议分为五个步骤，前四个步骤对应 ACM 和 ICM 交互的四个阶段，最后一步表示 ICM 对从 ACM 收到的查询响应和 IC 策略执行推理控制。以下是具体步骤及使用的符号说明：
- (E_{pk}(.)) 和 (D_{sk}(.)) 分别表示使用公钥 (pk) 进行加密操作和使用私钥 (sk) 进行解密操作。
- (enc(k,.)) 和 (dec(k,.)) 分别表示使用对称密钥 (k) 进行加密和解密操作。
- (S_{sk}(.)) 表示使用私钥 (sk) 的消息感知数字签名方案。
- (SHA1(.)) 表示 SHA - 1 哈希函数。
- (A → B : m) 表示 A 向 B 发送消息 m。

2.2.1 步骤 1：ICM → ACM: idU, q

用户为了发出查询 (q)，会调用 ICM 将用户身份信息 (idU) 和查询 (q) 发送给数据库服务器端的 ACM。这里不详细说明身份信息的组成，假设 (idU) 足以让 ACM 识别用户并执行访问控制。

2.2.2 步骤 2

当 ACM 收到用户的查询请求时，会检查用户是否有访问查询数据的权限，如果有，会对用户平台进行远程认证。此步骤包含三个子步骤：
1. ACM: identify(idU) ：ACM 通过执行部署的识别函数 (identify(idU)) 来识别用户。
2. ACM: ac(idU) ：ACM 执行访问控制算法 (ac(idU)) 来确定用户是否有权限访问查询中的数据。如果用户未被授权，ACM 将中止协议；否则，继续下一步。
3. ACM → ICM: nACM ：ACM 生成一个随机数 (nACM) 并发送给 ICM，该随机数用于防止后续平台认证中的重放攻击。

2.2.3 步骤 3：平台认证

在开始此步骤之前，ICM 拥有 TPM 在上次查询会话中生成的公钥 (pkICM)。
1. ICM → TPM: TPM CertifyKey ：ICM 首先调用标准的 TPM 命令 (TPM CertifyKey) 让 TPM 对 (pkICM) 进行认证。该命令指示 TPM 使用其认证身份密钥（AIK）对公钥生成签名，密钥认证操作可以绑定到基础平台的特定状态。输入参数包括要认证的密钥、20 字节的外部提供数据（由 (SHA1(nACM)) 计算得出）以及平台配置寄存器（PCRs），PCRs 包含受保护平台（包括启动过程、操作系统和 ICM）的完整性测量指标。
2. TPM → ICM: TPM Certify Info, σTPM = SskTPM (SHA1(pkICM) || SHA1(nACM) || im) ：TPM 输出一个 (TPM Certify Info) 数据结构以及一个签名 (σTPM)，该签名是对 (pkICM)、随机数 (nACM) 和平台完整性测量指标 (im) 的签名。(TPM Certify Info) 包含有关 (pkICM) 的使用信息、签名涉及的 PCRs 以及公钥的摘要。这里 (skTPM) 和 (pkTPM) 分别表示 TPM 的私钥和公钥。为了简化，使用原子量 (im) 表示受保护平台的完整性测量指标。值得注意的是，(σTPM) 不仅用于 (pkICM) 的认证，还用于平台完整性报告。
3. ICM → ACM: TPM Key, TPM Certify Info, σTPM, TPM.AIK credential ：ICM 将 (TPM Key)、(TPM Certify Info)、(σTPM) 和相关的 TPM AIK 凭证发送给服务器端的 ACM。(TPM Key) 是在上次查询会话中生成的数据结构，包含 (pkICM) 和其他相关信息。

2.2.4 步骤 4

ACM 验证认证响应，并将查询响应和 IC 策略发送给 ICM 以执行推理控制。
1. ACM: verify(σTPM) ：ACM 使用公钥 (pkTPM) 和相应的证书信息验证签名 (σTPM)。
2. ACM: validate(im) ：ACM 验证 (im)（包含在 (TPM Certify Info) 中）是否表示用户平台处于预期的可信状态，特别是验证 ICM 是否按预期运行。使用原子函数 (validate(.)) 表示此过程。
3. ACM → ICM: ε1 = EpkICM (k), ε2 = enck(d), σACM = SskACM (ε1 || ε2 || IC policy || q || pkICM), pkACM ：如果步骤 4.1 或 4.2 失败，协议将中止。否则，ACM 生成一个对称加密密钥 (k)，使用公钥 (pkICM) 对其进行加密得到 (ε1)，使用 (k) 对查询响应 (d) 进行加密得到 (ε2)。制定要由用户执行的 IC 策略后，ACM 使用其私钥对 IC 策略、(ε1)、(ε2)、查询 (q) 和 (pkICM) 进行签名，得到数字签名 (σACM)。最后，ACM 将 (ε1)、(ε2)、(σACM) 和 (pkACM)（包括该公钥的证书）发送给 ICM。

2.2.5 步骤 5

ICM 在 TPM 支持的受保护执行环境中对查询响应和 IC 策略执行推理控制。
1. ICM: verify(σACM) ：ICM 验证签名 (σACM)，如果签名有效，则继续下一步。
2. ICM → TPM: TPM LoadKey2 ：ICM 向 TPM 发出 (TPM LoadKey2) 命令，以将私钥 (skICM) 加载到 TPM 中。输入参数包括一个 (TPM KEY) 结构和授权数据。(TPM KEY) 结构指定公钥 (pkICM) 和可由 TPM 解包的包装私钥 (skICM)，以及与密钥对绑定的 PCR 值信息。授权数据由用户密码和查询日志的摘要计算得出：(SHA1(password || digest - of - query - log))。
3. TPM → ICM: k = DskICM (ε1) ：当 TPM 确定受保护的用户平台处于可信状态，且授权数据与生成 ICM 密钥对时指定的数据匹配时，TPM 会解包 (skICM)，使用它解密 (ε1)，并将 (k) 返回给 ICM。
4. ICM: d = deck(ε2) ：ICM 使用密钥 (k) 解密 (ε2) 以获取查询响应 (d)。
5. ICM: infcon(qd, Q, IC policy) ：ICM 根据 (qd)（当前查询 (q) 及其响应 (d)）、(Q)（过去查询及其响应的集合，从查询日志中获取）和 IC 策略执行推理控制。如果 (infcon(.)) 判断查询 (q) 是安全的，不会通过推理导致信息泄露，ICM 将向用户披露 (d)；否则，ICM 将拒绝释放 (d) 并继续下一步。
6. ICM: Q = Q ∪ {qd} ：ICM 通过添加 (qd) 来更新查询日志 (Q)。如果 (qd) 导致推理，则 (Q) 保持不变。
7. ICM → TPM: TPM CreatWrapKey ：ICM 调用 (TPM CreatWrapKey) 命令，指示 TPM 生成非对称密钥对 ((pkICM, skICM)) 并包装私钥 (skICM)。输入参数包括可执行密钥包装的包装密钥的句柄、访问包装密钥所需的授权数据、一组与包装操作绑定的 PCRs 以及要生成的密钥的信息（如密钥长度、密钥算法、密钥用途）。授权数据是一个 20 字节的 SHA - 1 哈希值，由用户密码和用户查询日志的内容摘要计算得出：(SHA1(password || digest - of - query - log))。如果用户查询日志 (Q) 被恶意修改，下次查询会话中用于解包操作的授权数据将被 TPM 拒绝，从而使 ICM 无法访问 (skICM)。生成的密钥对绑定到平台的特定状态，通过指定与包装操作绑定的 PCRs 来实现。这些 PCRs 记录受保护平台的完整性测量指标，确保只有当用户平台处于可信状态时才能解包 (skICM)。
8. TPM → ICM: TPM Key ：TPM 向 ICM 返回一个 (TPM Key) 数据结构，包含公钥 (pkICM) 和由包装密钥加密的相应私钥 (skICM)。(TPM Key) 还包含一个字段 (TPM Auth Data Usage)，可以取以下三个值之一：
- (TPM Auth Never)：允许调用方在不提交任何授权数据的情况下加载私钥。
- (TPM Auth Always)：将授权数据与公钥/私钥对关联。
- (TPM Auth Priv Use Only)：将授权数据仅与私钥关联。在这种情况下，只需指示 TPM 将 (TPM Auth Data Usage) 设置为 (TPM Auth Priv Use Only)。

3. 总结

通过上述的新架构和协议，实现了推理控制功能从数据库服务器到用户主机的安全转移，有效解决了传统架构中数据库服务器可能出现的瓶颈问题。同时，借助可信计算技术，如 TPM，保障了 ICM 的完整性、查询日志的完整性、IC 策略的真实性以及查询响应的保密性等关键安全问题。新架构和协议的结合为推理控制提供了一种更高效、更安全的解决方案，尤其适用于需要处理大量查询和确保数据安全的场景。

3.1 优点

• 提高效率 ：将推理控制功能卸载到用户端，减轻了数据库服务器的计算负担，避免了服务器成为瓶颈，提高了系统的整体效率。
• 增强安全性 ：利用 TPM 的多种安全机制，如完整性测量、存储和报告，以及平台认证，确保了系统各组件的完整性和运行状态的可信性，有效防止了用户的恶意操作和信息泄露。
• 灵活性 ：用户端的 ICM 可以根据用户的具体情况和需求，灵活地执行推理控制，同时通过与服务器的交互，保证了与数据库服务器的一致性和协调性。

3.2 挑战与展望

虽然提出的架构和协议在很大程度上解决了推理控制的效率和安全问题，但仍然面临一些挑战。例如，TPM 的功能可能在某些复杂环境下无法完全满足需求，需要进一步的技术改进和扩展。此外，随着网络攻击技术的不断发展，可能会出现新的安全威胁，需要持续关注和研究相应的防御策略。未来，可以进一步探索如何优化协议的执行流程，提高系统的性能和可靠性，以及如何将该架构和协议应用到更多的领域和场景中。

通过以上的介绍和分析，我们可以看到基于可信计算的推理控制新范式为数据库安全和查询处理提供了一种创新的解决方案，具有广阔的应用前景和发展潜力。

3.3 流程图

graph TD;
    A[用户] -->|idU, q| B[ICM];
    B -->|idU, q| C[ACM];
    C -->|identify(idU)| C1{用户是否合法};
    C1 -- 是 --> C2[ac(idU)];
    C2 --> C3{用户是否有权限};
    C3 -- 是 --> C4[nACM];
    C4 -->|nACM| B;
    B -->|TPM CertifyKey| D[TPM];
    D -->|TPM Certify Info, σTPM| B;
    B -->|TPM Key, TPM Certify Info, σTPM, TPM.AIK credential| C;
    C -->|verify(σTPM)| C5{签名是否有效};
    C5 -- 是 --> C6[validate(im)];
    C6 --> C7{平台是否可信};
    C7 -- 是 --> C8[ε1 = EpkICM (k), ε2 = enck(d), σACM = SskACM (ε1||ε2||IC policy ||q||pkICM), pkACM];
    C8 -->|ε1, ε2, σACM, pkACM| B;
    B -->|verify(σACM)| B1{签名是否有效};
    B1 -- 是 --> B2[TPM LoadKey2];
    B2 -->|TPM LoadKey2| D;
    D -->|k = DskICM (ε1)| B;
    B -->|d = deck(ε2)| B3[infcon(qd, Q, IC policy)];
    B3 --> B4{查询是否安全};
    B4 -- 是 --> B5[返回 d 给用户];
    B4 -- 否 --> B6[拒绝释放 d];
    B6 --> B7[TPM CreatWrapKey];
    B7 -->|TPM CreatWrapKey| D;
    D -->|TPM Key| B;

3.4 表格

步骤	操作	说明
步骤 1	ICM → ACM: idU, q	用户通过 ICM 向 ACM 发送身份信息和查询
步骤 2.1	ACM: identify(idU)	ACM 识别用户
步骤 2.2	ACM: ac(idU)	ACM 执行访问控制算法
步骤 2.3	ACM → ICM: nACM	ACM 发送随机数防止重放攻击
步骤 3.1	ICM → TPM: TPM CertifyKey	ICM 让 TPM 认证公钥
步骤 3.2	TPM → ICM: TPM Certify Info, σTPM	TPM 输出认证信息和签名
步骤 3.3	ICM → ACM: TPM Key, TPM Certify Info, σTPM, TPM.AIK credential	ICM 向 ACM 发送认证相关信息
步骤 4.1	ACM: verify(σTPM)	ACM 验证签名
步骤 4.2	ACM: validate(im)	ACM 验证平台是否可信
步骤 4.3	ACM → ICM: ε1 = EpkICM (k), ε2 = enck(d), σACM = SskACM (ε1
步骤 5.1	ICM: verify(σACM)	ICM 验证签名
步骤 5.2	ICM → TPM: TPM LoadKey2	ICM 让 TPM 加载私钥
步骤 5.3	TPM → ICM: k = DskICM (ε1)	TPM 解密并返回密钥
步骤 5.4	ICM: d = deck(ε2)	ICM 解密查询响应
步骤 5.5	ICM: infcon(qd, Q, IC policy)	ICM 执行推理控制
步骤 5.6	ICM: Q = Q ∪{qd}	ICM 更新查询日志
步骤 5.7	ICM → TPM: TPM CreatWrapKey	ICM 让 TPM 生成密钥对
步骤 5.8	TPM → ICM: TPM Key	TPM 返回密钥数据结构

4. 详细技术分析

4.1 TPM 相关技术在新架构中的应用

TPM（可信平台模块）在新架构中扮演着至关重要的角色，它为系统提供了多种关键的安全功能。
- 完整性测量与报告 ：TPM 通过其完整性测量机制，对受保护平台的各个组件（如安全内核和 ICM）进行测量，并将测量结果存储在平台配置寄存器（PCRs）中。这些测量结果可以通过报告机制传达给数据库服务器，服务器可以根据这些信息判断平台是否处于可信状态。例如，在平台认证过程中，ICM 调用 TPM CertifyKey 命令，TPM 会对 ICM 的公钥进行签名，签名过程会结合 PCRs 中的完整性测量指标，从而确保公钥的认证与平台的特定状态相关联。
- 密封存储 ：TPM 提供的密封存储功能用于保护敏感数据，如 ICM 维护的秘密密钥。密封存储可以将数据与平台的特定状态绑定，只有当平台处于特定的可信状态时，才能访问这些数据。在新架构中，ICM 将查询日志的完整性摘要与保护查询响应机密性的密钥相关联，并将这些密钥存储在 TPM 的密封存储中，确保了数据的安全性。
- 平台认证 ：TPM 的平台认证机制允许数据库服务器验证用户平台的可信性。服务器可以向 ICM 发送随机数，ICM 调用 TPM 对该随机数和公钥进行签名，服务器通过验证签名来判断平台是否被篡改。这种认证机制有效地防止了用户绕过推理控制的恶意行为。

4.2 协议中各步骤的安全性分析

4.2.1 步骤 1：身份识别与查询发送

用户通过 ICM 向 ACM 发送身份信息和查询，这一步骤的关键在于确保身份信息的有效性和查询的合法性。ACM 通过执行 identify(idU) 函数来识别用户，并根据访问控制规则判断用户是否有权限进行查询。这一步骤的安全性依赖于身份信息的保密性和访问控制规则的严格性。

4.2.2 步骤 2：访问控制与认证挑战

ACM 在收到查询请求后，首先执行访问控制算法 ac(idU) 来确定用户的访问权限。如果用户被授权，ACM 会生成一个随机数 nACM 并发送给 ICM，用于后续的平台认证。随机数的使用可以防止重放攻击，确保认证过程的安全性。

4.2.3 步骤 3：平台认证

ICM 调用 TPM 对其公钥进行认证，并将认证信息和签名发送给 ACM。ACM 通过验证签名和平台的完整性测量指标，判断用户平台是否处于可信状态。这一步骤利用了 TPM 的多种安全机制，确保了平台的完整性和公钥的真实性。

4.2.4 步骤 4：响应加密与签名

如果平台认证通过，ACM 会生成对称加密密钥 k，对查询响应和 IC 策略进行加密，并对加密结果进行签名。ICM 在收到响应后，首先验证签名的有效性，然后通过 TPM 解密对称密钥，进而解密查询响应。这一步骤确保了查询响应的机密性和 IC 策略的真实性。

4.2.5 步骤 5：推理控制与日志更新

ICM 在收到查询响应后，根据 IC 策略和查询日志执行推理控制。如果查询被判断为安全，ICM 会向用户披露查询响应，并更新查询日志。同时，ICM 会调用 TPM 生成新的密钥对，并将私钥与查询日志的完整性摘要相关联，确保了查询日志的完整性和密钥的安全性。

4.3 新架构与传统架构的对比

对比项	传统架构	新架构
计算负担	数据库服务器承担全部推理控制计算，容易成为瓶颈	推理控制功能卸载到用户端，减轻服务器负担
安全性	依赖服务器端的控制，难以应对用户的恶意操作	借助 TPM 等可信计算技术，增强了系统的安全性
灵活性	缺乏灵活性，难以根据用户的具体情况进行调整	用户端的 ICM 可以根据用户需求灵活执行推理控制

通过对比可以看出，新架构在效率和安全性方面都有明显的优势，尤其适用于需要处理大量查询和确保数据安全的场景。

5. 实际应用案例

5.1 金融行业

在金融行业，数据库中存储着大量的敏感信息，如客户账户信息、交易记录等。传统的推理控制架构可能无法满足金融机构对数据安全和查询效率的要求。采用基于可信计算的推理控制新架构，金融机构可以将推理控制功能卸载到用户端，减轻服务器的计算负担，同时利用 TPM 的安全机制确保用户平台的可信性。例如，在客户查询账户信息时，ICM 在用户端执行推理控制，防止敏感信息的泄露，同时通过与服务器的交互，确保查询的合法性和数据的一致性。

5.2 医疗行业

医疗行业的数据库包含患者的个人健康信息，这些信息的安全性至关重要。新架构可以为医疗数据的查询和访问提供更安全的保障。患者在查询自己的医疗记录时，ICM 在用户端对查询进行推理控制，确保只有授权的信息被披露。同时，TPM 的完整性测量和平台认证机制可以防止医疗数据被篡改和非法访问，保护患者的隐私。

6. 未来发展方向

6.1 技术改进

虽然 TPM 提供了多种安全机制，但在某些复杂环境下，其功能可能无法完全满足需求。未来可以进一步改进 TPM 的功能，例如增强其在开放系统中的平台认证能力，以及提高密封存储的性能和可靠性。此外，还可以探索其他可信计算技术与 TPM 的结合，以提供更强大的安全保障。

6.2 应用拓展

基于可信计算的推理控制新架构具有广泛的应用前景，可以应用于更多的领域和场景。例如，在物联网领域，设备之间的通信和数据共享需要确保数据的安全性和隐私性，新架构可以为物联网设备的查询和访问提供有效的推理控制机制。在云计算领域，云服务提供商可以利用新架构来保护用户数据的安全，提高服务的可靠性和用户满意度。

6.3 协议优化

可以进一步优化协议的执行流程，减少协议的通信开销和计算复杂度。例如，通过优化平台认证过程，减少认证所需的时间和资源消耗。同时，可以引入新的加密算法和安全机制，提高协议的安全性和性能。

7. 总结与建议

7.1 总结

基于可信计算的推理控制新架构通过将推理控制功能从数据库服务器转移到用户主机，有效地解决了传统架构中服务器瓶颈的问题。借助 TPM 等可信计算技术，保障了系统的安全性，包括 ICM 的完整性、查询日志的完整性、IC 策略的真实性以及查询响应的保密性。新架构和协议的结合为推理控制提供了一种更高效、更安全的解决方案，具有广阔的应用前景。

7.2 建议

• 对于开发者：在开发基于新架构的系统时，应深入理解 TPM 的工作原理和安全机制，合理利用 TPM 的功能来保障系统的安全性。同时，要注意协议的实现细节，确保协议的正确性和安全性。
• 对于企业用户：企业在采用新架构时，应根据自身的业务需求和安全要求，评估新架构的适用性。可以先在小规模环境中进行试点应用，逐步推广到整个企业。
• 对于研究人员：可以进一步研究可信计算技术的发展趋势，探索新的安全机制和协议，以应对不断变化的安全威胁。同时，可以开展跨领域的研究，将新架构应用到更多的实际场景中。

7.3 流程图

graph LR;
    A[传统架构] -->|存在瓶颈问题| B[新架构提出];
    B -->|利用TPM技术| C[保障安全性];
    C -->|提高效率| D[应用于多领域];
    D -->|面临挑战| E[技术改进与协议优化];
    E -->|未来发展| F[更广泛应用前景];

通过以上对基于可信计算的推理控制新范式的介绍和分析，我们可以看到该范式为数据库安全和查询处理提供了一种创新的解决方案，具有重要的理论和实践意义。随着技术的不断发展和应用的不断拓展，相信这种新范式将在更多的领域发挥重要作用。