Nitro Enclave and Attestation Demo

部署一个 Nitro Enclave 示例环境，结合 KMS 实现私钥安全

下面将以一个私钥管理应用场景的示例，使用 Python 代码演示如何在 Nitro Enclave 中处理私钥数据，并结合 KMS 和 Attestation，保证私钥在加密，解密，存储和签名过程中的安全。该示例将包括：

创建和部署两个 Enclave，一个实现私钥的生成和加密，另一个实现私钥的解密和签名
Enclave 通过 vsock 与父实例通信
Enclave 通过父实例上运行 KMS Proxy，访问 KMS 服务
Enclave 向 Nitro Hypervisor 请求 Attestation 证明文件
在 Enclave 中向 KMS 发送 API 请求时，带上证明文件
KMS 服务配置密钥策略，将密钥的访问权限仅授予特定的 Enclave

私钥管理应用场景示例架构图和工作流如下：

创建一个 KMS Key，启动支持 Enclave 的两台 EC2 实例，分别创建和运行 Enclave，vsock 和 KMS Proxy
在 Enclave-1 中通过 kms:GenerateRandom API 生成一个 256 位的私钥，利用私钥生成对应的公钥(ecdsa-p256k1)
在 Enclave-1 中通过 kms:GenerateDataKey API 获取加密密钥（包括一个明文 DataKey 和一个KMS加密的 DataKey），使用明文 DataKey 对私钥进行 Client-Side 加密
在 Enclave-1 中，将加密的私钥，加密的 DataKey 和公钥，通过 vsock 发送到父实例
在 EC2-1 父实例中，将从 vsock 中收到的数据（加密的私钥，加密的 DataKey 和公钥）写入到 DynamoDB 数据库
在 EC2-2 父实例中，从 DynamoDB 中读取一条数据（私钥ID，加密的私钥，加密的 DataKey 和公钥），通过 vsock 将加密的私钥，加密的 DataKey 和需要被签名的消息，发送给 Enclave-2
在 Enclave-2 中，从vsock接收数据（加密的私钥，加密的 DataKey 和需要被签名的消息），通过 kms:Decrypt API 对加密的 DataKey 进行解密，获取明文 DataKey
在 Enclave-2 中，使用明文 DataKey 对加密的私钥进行解密，并使用私钥，对消息进行签名
在 Enclave-2 中，将签名后的消息通过通过 vsock 发送到父实例
在 EC2-2 父实例中，对送 vsock 接收到的签名消息，使用公钥进行验证

1. 基础环境部署

1.1 启动两台 EC2 实例，安装依赖包

首先创建 EC2 及 Enclave 程序所需的 IAM Role，至少需要具备 DynamoDB 的访问权限。为了简化配置，在 demo 中直接使用了 KMS 和 DynamoDB 托管的 FullAccess 策略。但在生产环境中，不能直接使用托管策略，需要自定义用户策略，进行访问行为和资源级别的精细化授权。

启动两台 Amazon Linux2 的 m5.xlarge EC2 实例(至少 4 vCPU 的 Nitro 实例类型), 需要手动启用 Enclave (创建 EC2 时默认不启用 enclave )

在User Data 中，粘贴以下信息，完成安装 Nitro-CLI ，Docker，以及其他 Enclave 程序所需的依赖包，修改 Enclave 可占用的最大内存，下载 Enclave 示例代码等。

#!/bin/bash
amazon-linux-extras install aws-nitro-enclaves-cli -y
yum install aws-nitro-enclaves-cli-devel -y
usermod -aG ne ec2-user
systemctl start nitro-enclaves-allocator.service && systemctl enable nitro-enclaves-allocator.service
amazon-linux-extras install docker -y
usermod -aG docker ec2-user
systemctl start docker && systemctl enable docker
yum install git -y
pip3 install ecdsa
pip3 install requests
pip3 install boto3
sed -i "s/memory_mib: 512/memory_mib: 3072/g" /etc/nitro_enclaves/allocator.yaml
su ec2-user -c 'cd /home/ec2-user && git clone https://github.com/hxhwing/Nitro-Enclave-Demo.git'
shutdown -r now

EC2 启动完成后，修改实例名称用于标记：

第一台 EC2: NitroEnclaveDemo-1，用于生成，加密私钥，存储到 DynamoDB
第二台 EC2: NitroEnclaveDemo-2，用于解密私钥，签名和验证消息

1.2 创建 KMS Key

在 AWS KMS 服务中创建一个对称密钥，用于在 Enclave 中调用 KMS API，进行私钥的生成和加解密。

第一步：选择对称密钥
第二步：为 Key 添加别名 NitroEnclaveDemo
第三步：选择 Key 的管理员用户（只有 Key 管理员可以删除或修改 Key 的权限）
第四步：密钥使用权限，不选择任何用户或角色
第五步：修改自动生成的 Key Policy，在 Statements 中添加以下策略，为前面步骤创建的 EC2 Role 分配 "kms:Decrypt","kms:GenerateDataKey","kms:GenerateRandom" 权限，暂不配置策略条件

       {
           "Sid": "Allow NitroEnclave-Demo Role",
           "Effect": "Allow",
           "Principal": {
               "AWS": "arn:aws:iam::xxxxxxxxxxx:role/NitroEnclave-Demo"  # Replace account ID
           },
           "Action": [
               "kms:GenerateRandom",
               "kms:GenerateDataKey",
               "kms:Decrypt"
               ],
           "Resource": "*"
       },

1.3 创建 DynamoDB Table

创建一个 DynamoDB Table，用于存放加密后的私钥，加密的 DataKey 和公钥。

Table Name: UserToken
Partition key: userid (String)

注意: DynamoDB Table Name 和 Partition key 请与上面完全一致，如果需要修改，请同时相应修改示例程序中 client.py 的 DynamoDB 相关代码。

2 创建Enclave，运行示例代码

示例代码 Nitro-Enclave-Demo 已经被自动下载到 ec2-user 用户目录下，示例代码包含两个目录

GenerateToken : 运行在第一台 EC2 ，用于生成和加密私钥的 Enclave
SignVerify: 运行在第二台 EC2，用于解密私钥，签名和验证消息的

[ec2-user@ip-172-31-33-19 ~]$ cd Nitro-Enclave-Demo/
[ec2-user@ip-172-31-33-19 Nitro-Enclave-Demo]$ ls -l
total 4
drwxr-xr-x 2 ec2-user ec2-user  206 Aug 28 16:12 GenerateToken
drwxr-xr-x 2 ec2-user ec2-user   87 Aug 28 16:12 pics
-rw-r--r-- 1 ec2-user ec2-user 3094 Aug 28 16:12 README.md
drwxr-xr-x 2 ec2-user ec2-user  189 Aug 28 16:12 SignVerify
drwxr-xr-x 4 ec2-user ec2-user   51 Aug 28 16:12 src

2.1 创建和运行第一个 Enclave，生成和加密私钥

首先登录到第一台 EC2，进入 /home/ec2-user/Nitro-Enclave-Demo/GenerateToken/ 目录，主要包括以下几个文件

main.py: 运行在 Enclave 中的主程序文件，包括：从 KMS 生成私钥，从 KMS 获取 DataKey，加密私钥，将加密后的数据通过vsock发给父实例
traffic-fowarder.py: 运行在 Enclave 中，用于将 Enclave 访问 KMS 的请求通过 vsock 发送到父实例
kms.py: 用于获取 Attestation 签名，访问 KMS API，以及解密 KMS API Response
client.py: 运行在父实例中的程序文件，包括：从 Enclave 接收加密后的数据，将数据写入到 DynamoDB
Dockerfile: Docker 镜像文件，main.py 和 traffic-fowarer.py 都将被打包进容器镜像
build.sh: 创建 Docker 镜像，将 Docker 镜像转换为 Enclave 镜像，并运行 Enclave 的自动化脚本

运行build.sh，创建 Enclave 镜像，并以 debug-mode 运行 Enclave。其中创建 Enclave 镜像完成后，将自动生成该 Enclave 的 PCR 0/1/2，保存到 EnclaveImage.log 的文件中.

[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$ chmod +x build.sh
[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$ ./build.sh

build 脚本运行完成后， Enclave 将以 debug 模式运行，用户可通过 nitro-cli 连接到运行的 Enclave 控制台，查看 Enclave 运行过程输出到Console的日志，主要用于排错

nitro-cli console --enclave-id $(nitro-cli describe-enclaves | jq -r ".[0].EnclaveID")

运行 client.py 代码，运行方式如下：

python3 client.py <KMS Key-id> <UserID>

其中 “KMS Key-id” 为前面步骤中创建的别名为 NitroEnclaveDemo 的 KMS Key， “UserID” 用于标示即将生成的私钥属于哪个用户。

运行 client.py 代码后，将自动返回从 Enclave 中接收到的数据，并将数据写入到 DynamoDB Table，数据字段包括：

userid: 用于标示私钥属于哪个用户
encrypted_privatekey: 在 Enclave 中，被 KMS DataKey 加密后的私钥
publickey: 在 Enclave 中，由私钥生成的公钥
encrypted_datakey: KMS 加密后的 DataKey，将用于解密私钥

[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$ python3 client.py alias/NitroEnclaveDemo u001
{"userid": "u001", "encrypted_privatekey": "4xiMsmD1VMw1I48HMApw4LzDSWT9lz/x74dMNCz1427hz98t0JzyrFzDd68vrKl0wKB1a/LoLyhi\nvJSgQwSfCA==\n", "publickey": "0a0756e60e112d11f0d5e4a88858251f1234e27ea37261da4698d497baa6a52bbe9a3d227534866351086d7220548a4ff00fb081c9b318361cac5dae9c661f8c", "encrypted_datakey": "AQIBAHhVM1N8G00xz9DVe3FbnRAxaxNCkCaRYV6/wLYxbwj04QFUWvIkLZ6TYPE2GTUdKvMbAAAAdjB0BgkqhkiG9w0BBwagZzBlAgEAMGAGCSqGSIb3DQEHATAeBglghkgBZQMEAS4wEQQMMhfwZjlaOr8pCQneAgEQgDNMimKpywvNdcpJIgPZUYrhE5uQvzonU5o/uYhPMmZmb/kWotQNH6KSFxuTBdx6FeM0vQs="}
Write User Token to DynamoDB Successfully
[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$

2.2 创建和运行第二个 Enclave，解密私钥，签名和验证消息

登录到第二台 EC2，进入 /home/ec2-user/Nitro-Enclave-Demo/SignVerify 目录：

main.py: 运行在 Enclave 中的主程序文件，包括：从 KMS 解密 DataKey，用 DataKey 解密私钥，用私钥签名消息，将签名后的消息通过vsock发给父实例
client.py: 运行在父实例中的程序文件，包括：从 DynamoDB 中读取数据，发送到 Enclave，然后从 Enclave 接收被私钥签名后的消息，并使用公钥验证签名消息

运行build.sh，创建 Enclave 镜像，并以 debug-mode 运行 Enclave。其中创建 Enclave 镜像完成后，将自动生成该 Enclave 的 PCR 0/1/2，保存到 EnclaveImage.log 的文件中.

[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$ chmod +x build.sh
[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$ ./build.sh

运行client.py代码，运行格式如下：

python3 client.py <UserID> <Message to be Signed>

其中 “UserID” 代表从 DynamoDB 中读取哪个用户的密钥数据，“Message to be Signed” 代表将被发送到 Enclave 中被私钥签名的消息。

运行 client.py 代码后，将自动返回从 Enclave 中接收到的数据，数据字段包括：

Signed Message: Enclave 中被私钥签名后的消息
Signed message verified by public key: True/False，表示签名的消息是否可以被公钥验证，确保私钥和公钥没有被修改

[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$ python3 client.py u001 'Hellow World'
Signed Message: 6053cfc42883d03888ba175950e463c1d8164cab8b4873b85af8531a0c6f86b8ad07012107e3322d30118ea24976f8c8f70014119159101ecc1797e7a9f72915
Signed message verified by public key: True
[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$

2.3 配置 KMS 密钥策略根据 Attestation PCR 授权

当以 debug-mode 运行 Enclave 时，Attestation 证明文件中的 PCR 为全 0，无法用来在外部服务上作为策略条件，进行权限控制。

nitro-cli run-enclave ...... --debug-mode

运行 nitro-cli run-enclave 时，不加--debug-mode, 是以正常模式运行 Enclave，Attestation 证明文件中才会包含 Enclave 正常的 PCR。

首先在 KMS 密钥策略，添加相应的 Condition Key 限制 Attestation PCR ，其中 kms:RecipientAttestation:ImageSha384 与 PCR 0 为相同的值，每个 Enclave 的 PCR 0/1/2，可以在 Build Enclave 镜像的时候获取，本示例是写到所在代码目录下 EnclaveImage.log 文件中。

在 KMS NitroEnclaveDemo 这个 Key 的密钥策略中，添加以下两条 Deny 权限策略语句，到 KMS Key Policy 的 Statement 字段中：

第一段策略，授权只有来自 Enclave-1，且携带 Attestation 证明文件才能访问 kms:GenerateDataKey API，注意请替换为您自己的 PCR 0/1/2 Value
第二段策略，授权只有来自 Enclave-2 ，且携带 Attestation 证明文件才能访问 kms:Decrypt API，注意请替换为您自己的 PCR 0/1/2 Value

        {
            "Sid": "Only Allow NitroEnclaveDemo-1",
            "Effect": "Deny",
            "Principal": {
                "AWS": "arn:aws:iam::xxxxxxxxxxx:role/NitroEnclave-Demo"
            },
            "Action": [
                "kms:GenerateRandom",
                "kms:GenerateDataKey"
            ],
            "Resource": "*",
            "Condition": {
              "StringNotEqualsIgnoreCase": {
                "kms:RecipientAttestation:ImageSha384":"17b041934b2255ae55b07433012e4d41999feda85eb839970645458a35f8571360f32ca68b5178dca8bdecf9fd37c010",
                "kms:RecipientAttestation:PCR0":"17b041934b2255ae55b07433012e4d41999feda85eb839970645458a35f8571360f32ca68b5178dca8bdecf9fd37c010",
                "kms:RecipientAttestation:PCR1":"c35e620586e91ed40ca5ce360eedf77ba673719135951e293121cb3931220b00f87b5a15e94e25c01fecd08fc9139342", 
                "kms:RecipientAttestation:PCR2":"1fc61c8c21fb3ec93ae854341f5b9adc1e7bbc2eb437cc308e5fb2f4787393fe500fa4c894422a92d79eb3ce172c1a8e"
              }
            }
        },
        {
            "Sid": "Only Allow NitroEnclaveDemo-2",
            "Effect": "Deny",
            "Principal": {
                "AWS": "arn:aws:iam::xxxxxxxxxxx:role/NitroEnclave-Demo"
            },
            "Action": [
                "kms:Decrypt"
            ],
            "Resource": "*",
            "Condition": {
              "StringNotEqualsIgnoreCase": {
                "kms:RecipientAttestation:ImageSha384":"810257e9bd2ecad2181fcff508c7547ef0f3c1d446628f5465c955c4f2a2d3cfac9198919999614ffbed8e0b18c6c084",
                "kms:RecipientAttestation:PCR0":"810257e9bd2ecad2181fcff508c7547ef0f3c1d446628f5465c955c4f2a2d3cfac9198919999614ffbed8e0b18c6c084",
                "kms:RecipientAttestation:PCR1":"c35e620586e91ed40ca5ce360eedf77ba673719135951e293121cb3931220b00f87b5a15e94e25c01fecd08fc9139342", 
                "kms:RecipientAttestation:PCR2":"72457ef34f66f041996e7077f55604f0f73b1d2e3fad54881308d38da6d22bc8cd2084ab3b8810b22da629a24eef94e6"
              }
            }
        },

在 EC2 上直接用 AWS CLI 访问 KMS，提示请求被拒绝，确认密钥策略权限已生效

[ec2-user@ip-172-31-33-19 ~]$ aws kms generate-data-key --key-id alias/NitroEnclaveDemo --number-of-bytes 32 --region ap-northeast-1

An error occurred (AccessDeniedException) when calling the GenerateDataKey operation: User: arn:aws:sts::xxxxxxxxxx:assumed-role/NitroEnclave-Demo/i-0e4fc2c648b901c7e is not authorized to perform: kms:GenerateDataKey on resource: arn:aws:kms:ap-northeast-1:xxxxxxxxxx:key/6390f2e0-86d6-46cb-8478-37dcfa6aa2dc with an explicit deny

分别在两台 EC2 上执行以下命令，终止前面步骤启动的 Enclave

nitro-cli terminate-enclave --enclave-id $(nitro-cli describe-enclaves | jq -r ".[0].EnclaveID")

然后在两台 EC2 上重新启动 Enclave，不添加 --debug-mode 参数

## NitroEnclaveDemo-1
[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$ nitro-cli run-enclave --cpu-count 2 --memory 2900 --enclave-cid 10 --eif-path GenerateToken-demo.eif
Start allocating memory...
Started enclave with enclave-cid: 10, memory: 3072 MiB, cpu-ids: [1, 3]
{
  "EnclaveID": "i-0e4fc2c648b901c7e-enc17b908ba803d724",
  "ProcessID": 7565,
  "EnclaveCID": 10,
  "NumberOfCPUs": 2,
  "CPUIDs": [
    1,
    3
  ],
  "MemoryMiB": 3072
}


## NitroEnclaveDemo-2
[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$ nitro-cli run-enclave --cpu-count 2 --memory 2900 --enclave-cid 10 --eif-path SignVerify-demo.eif
Start allocating memory...
Started enclave with enclave-cid: 10, memory: 3072 MiB, cpu-ids: [1, 3]
{
  "EnclaveID": "i-0558cbee6ea7a393c-enc17b908f0730bcb2",
  "ProcessID": 7533,
  "EnclaveCID": 10,
  "NumberOfCPUs": 2,
  "CPUIDs": [
    1,
    3
  ],
  "MemoryMiB": 3072
}

然后分别在两台 EC2 的父实例上，运行client.py，确认代码能正常运行。

## NitroEnclaveDemo-1
[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$ python3 client.py alias/NitroEnclaveDemo u010
{"userid": "u010", "encrypted_privatekey": "h08szIyVaTrjH1TF95+aXooPKC/QZwGRDaZv7Cp/LmFG2FQumbZR49NrnsOYBsS+VxsvPtSlBE2s\nnEYQLMI9lQ==\n", "publickey": "9552c9f2c51be3b7143e3cfe9c71f7dcac028d368530ffbbdb34512092611e4996e9e1bcab27e4a879ff630629d7f930d2db84c295e97334d1f3335d31e7ac87", "encrypted_datakey": "AQIBAHhVM1N8G00xz9DVe3FbnRAxaxNCkCaRYV6/wLYxbwj04QFKhpZ//ap2EgINgILddtu0AAAAdjB0BgkqhkiG9w0BBwagZzBlAgEAMGAGCSqGSIb3DQEHATAeBglghkgBZQMEAS4wEQQMScLI1DYM6y6hd0d4AgEQgDO2pbbcrEEd+trVcqiqkFdlhXY/ZVEMoRqRsQAUMdJq24zwGgl6UYOjLCviBHs2wI8jC5A="}
Write User Token to DynamoDB Successfully
[ec2-user@ip-172-31-33-19 GenerateToken]$

## NitroEnclaveDemo-2
[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$ python3 client.py u010 'Hello World'
Signed Message: b27a5c527e218774b316f674eae537ce88b3f986b7f5df583906b1c9a9ba9bb00d2975fe4a065d5a1e74bb6947fe11c8fc90d3ac389be638b2745431de04ebd9
Signed message verified by public key: True
[ec2-user@ip-172-31-36-174 SignVerify]$

在 CloudTrail 中，查看 KMS API 的请求记录，在来自 Enclave 的请求记录中，将会存在额外的 Attestation 数据。

来自第一台 Enclave 请求 kms:GenerateDataKey 的 CloudTrail：

来自第二台 Enclave 请求 kms:Decrypt 的 CloudTrail：

License

This project is licensed under the Apache-2.0 License.

Provide feedback

Saved searches

Use saved searches to filter your results more quickly

README.md

README.md

Nitro Enclave and Attestation Demo

部署一个 Nitro Enclave 示例环境，结合 KMS 实现私钥安全

1. 基础环境部署

1.1 启动两台 EC2 实例，安装依赖包

1.2 创建 KMS Key

1.3 创建 DynamoDB Table

2 创建Enclave，运行示例代码

2.1 创建和运行第一个 Enclave，生成和加密私钥

2.2 创建和运行第二个 Enclave，解密私钥，签名和验证消息

2.3 配置 KMS 密钥策略根据 Attestation PCR 授权

License

Files

README.md

Latest commit

History

README.md

File metadata and controls

Nitro Enclave and Attestation Demo

部署一个 Nitro Enclave 示例环境，结合 KMS 实现私钥安全

1. 基础环境部署

1.1 启动两台 EC2 实例，安装依赖包

1.2 创建 KMS Key

1.3 创建 DynamoDB Table

2 创建Enclave，运行示例代码

2.1 创建和运行第一个 Enclave，生成和加密私钥

2.2 创建和运行第二个 Enclave，解密私钥，签名和验证消息

2.3 配置 KMS 密钥策略根据 Attestation PCR 授权

License