libvirt驱动程序启动使用AMD SEV-ES内存加密的实例

https://blueprints.launchpad.net/nova/+spec/amd-sev-es-libvirt-support

本规范提出需要进行的工作，以扩展现有的libvirt驱动程序功能，以启动AMD SEV加密的实例，同时支持使用AMD SEV-ES，它是AMD SEV的扩展版本，作为内存加密机制。

问题描述

当前的libvirt驱动程序支持使用AMD的SEV（安全加密虚拟化）技术启动实例。但是，当前实现仅支持AMD SEV，不支持新版本。例如，SEV-ES在VM停止运行时也会加密所有CPU寄存器内容，以实现对VM数据的更全面保护，但由于此限制，用户无法利用这些功能。

注意

在撰写本文时，AMD已经发布了支持SEV-SNP的CPU，但使用SEV-SNP所需的超visor功能尚未合并到底层组件（内核、QEMU、libvirt和ovmf）中。因此，在本规范中，我们专注于SEV-ES。我们尝试使提案尽可能与SEV-SNP兼容，基于AMD发布的实现。

用例

  1. 作为云管理员，为了让我的用户对正在运行的实例的安全性更有信心，我想提供具有特定属性的镜像或具有特定额外规格的flavor，这将允许用户启动实例，以确保他们的实例在支持SEV-ES的计算主机上运行，并启用了SEV-ES加密，而不是SEV加密。

  2. 作为云用户，为了进一步降低数据泄露风险，我想能够使用SEV-ES功能启动VM实例，而不是SEV功能。

提议的变更

我们建议扩展现有实现以支持启动具有SEV功能的实例。

  • 添加对主机SEV-ES功能检测，检查以下项目。

    • libvirt virConnectGetDomainCapabilities() API调用的响应中存在的以下XML 表明QEMU和AMD安全处理器（AMD-SP）都支持SEV功能

      <domainCapabilities>
  ...
  <features>
    ...
    <sev supported='yes'/>
      ...
    </sev>
  </features>
</domainCapabilities>

      此外，maxESGuests字段也应存在，并且其值应为正（非零）值。

    • /sys/module/kvm_amd/parameters/sev_es应具有值Y，以指示内核已启用SEV功能。这应该可以被任何用户读取（即，即使是非root用户）。

    • 检查QEMU版本以确定可用的QEMU二进制文件是否支持SEV-ES。

  • 在os-traits中添加新的HW_CPU_AMD_SEV_ES trait。

  • 使libvirt驱动程序更新ProviderTree对象，为SEV和SEV-ES的MEM_ENCRYPTION_CONTEXT资源类提供正确的库存。为了表示专用于SEV和SEV-ES的插槽，为每个模型创建嵌套的资源提供程序

    +------------+     +----------------------------+
| compute RP +--+--+ SEV RP                     |
+------------+  |  | trait:HW_CPU_AMD_SEV       |
                |  +------------------------+---+
                |  | MEM_ENCRYPTION_CONTEXT | N |
                |  +------------------------+---+
                |
                |  +----------------------------+
                +--+ SEV-ES RP                  |
                   | trait:HW_CPU_AMD_SEV_ES    |
                   +------------------------+---+
                   | MEM_ENCRYPTION_CONTEXT | N |
                   +------------------------+---+

    SEV RP命名为<nodename>_amd_sev，SEV-ES RP命名为<nodename>_amd_sev_es，以便RP名称在集群中是唯一的。

    注意

    SEV和SEV-ES具有单独的guest数量限制，因为ASID专用于ES guest和非ES guest，来自可用的总ASID。SEV（非ES）guest的最小ASID，实际上与ES guest的最大ASID相同，应在BIOS（或UEFI）中配置以使用SEV-ES。可以实现一个新的验证来检测ASID不足的情况。

    注意

    SEV-SNP默认情况下使用相同的ASID池用于ES，当未请求密文隐藏时，并且可以将新的trait（例如HW_CPU_AMD_SEV_SNP）添加到现有的SEV-ES RP中，当添加了SEV-SNP支持并使用与密文隐藏功能对应的单独的SEV-SNP RP时

    +------------+     +----------------------------+
| compute RP +--+--+ SEV RP                     |
+------------+  |  | trait:HW_CPU_AMD_SEV       |
                |  +------------------------+---+
                |  | MEM_ENCRYPTION_CONTEXT | N |
                |  +------------------------+---+
                |
                |  +----------------------------+
                +--+ SEV-ES RP                  |
                |  | trait:HW_CPU_AMD_SEV_ES    |
                |  | trait:HW_CPU_AMD_SEV_SNP   |
                |  +------------------------+---+
                |  | MEM_ENCRYPTION_CONTEXT | N |
                |  +------------------------+---+
                |
                |  +-----------------------------+
                +--+ SEV-SNP RP                  |
                   | trait:HW_CPU_AMD_SEV_SNP_CH |
                   +------------------------+----+
                   | MEM_ENCRYPTION_CONTEXT | N  |
                   +------------------------+----+

    请注意，SEV-SNP支持超出当前范围，并且需要在实际实现支持时进一步讨论此设计。此处描述是为了解释未来扩展RP结构的潜在计划。

  • 添加对flavor额外规格中的新hw:mem_encryption_model参数和镜像属性中的新hw_mem_encryption_model属性的支持。当其中任何一个设置为amd-sev-es以及启用内存加密的参数/属性时，它将被内部转换为resources:MEM_ENCRYPTION_CONTEXT=1和trait:HW_CPU_AMD_SEV_ES=required，这些将被添加到RequestSpec对象中的flavor额外规格中。如果这些新的模型参数/属性不存在或设置为amd-sev，则将被转换为resources:MEM_ENCRYPTION_CONTEXT=1和trait:HW_CPU_AMD_SEV=required。如果实例flavor和实例镜像请求了冲突的模型（例如，flavor具有hw:mem_encryption_model=amd-sev，但镜像具有hw_mem_encryption_model=amd-sev-es），则请求将被拒绝。如果未请求内存加密，但请求了内存加密模型，则请求也应被拒绝。

  • 更改libvirt驱动程序，以便在flavor额外规格中的hw:mem_encryption_model参数或镜像属性中的hw_mem_encryption_model属性存在并且设置为amd-sev-es时，在guest的domain定义中包含额外的XML。额外的XML与SEV中使用的XML大致相同，但其guest策略字段需要启用SEV-ES位（位2）。

注意

Guest证明目前不在我们的范围内。因为现有的guest证明功能严重依赖于超visor功能，不适用于机密计算用例，在这种用例中，用户不信任超visor。我们计划在SEV-SNP普遍可用时实现guest证明功能，因为SEV-SNP提供了一种更好的guest证明机制，使用提供给guest机器的特殊设备来获取证明报告。

备选方案

无

数据模型影响

无

REST API 影响

无

安全影响

无

通知影响

无

其他最终用户影响

最终用户将通过flavor额外规格和镜像属性中的现有资源来利用SEV-ES。

此外，AMD SEV加密guest的限制在使用SEV-ES时适用。

性能影响

预计不会对nova产生性能影响。

其他部分的性能影响与现有的SEV支持功能相同。

其他部署者影响

为了让用户能够使用SEV-ES，操作员需要执行以下步骤

  • 将支持SEV-ES的硬件作为nova计算主机部署。

    • AMD EPYC 7xx2（Rome）或更高版本

  • 在BIOS（或UEFI）中将SEV（非ES）guest的最小ASID设置为大于0的值。

    注意

    如果SEV启用的实例已经启动在计算节点中，则应为SEV保留足够的ASID。

  • 确保他们拥有适当配置的软件堆栈，以便各个层级都已准备好SEV-ES

    • kernel >= 4.16

    • QEMU >= 6.0.0

    • libvirt >= 8.0.0

    • ovmf >= commit 7f0b28415cb4 2020-08-12

    注意

    SEV-ES启用的guest可以通过libvirt >= 4.5启动，但是通过domain capability API检测最大数量的SEV-ES guest需要libvirt >= 8.0.0。

云管理员需要定义SEV-ES启用的flavor，如上所述，除非用户定义SEV-ES启用的镜像就足够了。

[libvirt] num_memory_encrypted_guests选项仅对SEV有效，但未为SEV-ES添加新的选项。相反，需要libvirt中的检测功能才能使用SEV-ES。num_memory_encrypted_guests选项将被弃用以减少复杂性。

开发人员影响

无

升级影响

无

实现

负责人

主要负责人

kajinamit (irc: tkajinam)

其他贡献者

无

工作项

  1. 为os-traits添加新的HW_CPU_AMD_SEV_ES trait

  2. 添加对主机SEV-ES功能检测的检测，如上所述，并重塑现有的MEMO_ENCRYPTION_CONTEXT资源。

  3. 将mem_encryption_model属性添加到ImageMeta对象

  4. 更新调度器util以请求MEM_ENCRYPTION_CONTEXT资源和HW_CPU_AMD_SEV_ES trait，当mem_encryption_model属性或等效的flavor额外规格设置为amd-sev-es时

  5. 更新libvirt驱动程序，以便在存在该属性时设置SEV-ES策略位。

  6. 更新glance中的镜像属性模式，以验证新的mem_encryption_model属性。

  7. 更新文档。

应根据新的逻辑添加单元测试和功能测试。

未来工作

无

依赖项

  • 支持SEV-ES的特殊硬件，用于开发、测试和CI。

  • 最新版本的超visor软件堆栈，所有这些都支持SEV-ES，如其他部署人员影响中所述。

测试

fakelibvirt测试驱动程序需要进行调整才能模拟支持SEV-ES的硬件。

需要扩展或添加相应的单元/功能测试，以涵盖

  • 检测支持SEV-ES的硬件和软件，例如，作为nova.tests.functional.libvirt.test_report_cpu_traits.LibvirtReportTraitsTests的扩展

  • 在nova.tests.unit.virt.libvirt.test_config中包含额外的SEV特定libvirt domain XML配置的trait的使用

文档影响

  • 更新功能支持矩阵中的条目，以解释现在AMD SEV-ES除了AMD SEV之外也受支持。

  • 更新现有的AMD SEV指南，以包含有关SEV-ES的信息。

还应更新其他非nova文档

参考资料

历史

修订版

发布名称

描述

2024.2 达尔马提安

已批准

2025.1 Epoxy

重新提出

2025.2 Flamingo

重新提出