可信执行环境(TEE)介绍 与应用

Posted 柒月

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了可信执行环境(TEE)介绍 与应用相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

原文:http://blog.csdn.net/wed110/article/details/53894927

可信执行环境(TEE,Trusted Execution Environment) 是Global Platform(GP)提出的概念。针对移动设备的开放环境,安全问题也越来越受到关注,不仅仅是终端用户,还包括服务提供者,移动运营商,以及芯片厂商。TEE是与设备上的Rich OS(通常是Android等)并存的运行环境,并且给Rich OS提供安全服务。它具有其自身的执行空间,比Rich OS的安全级别更高,但是比起安全元素(SE,通常是智能卡)的安全性要低一些。但是TEE能够满足大多数应用的安全需求。从成本上看,TEE提供了安全和成本的平衡。TEE在安全方面注重如下:

         开放环境的使用,使得设备暴漏于各种攻击之下;

         隐私,个人信息如联系人,短消息,照片,视频等,需要不被盗窃,丢失或者受到恶意软件的攻击;

         内容保护,对于DRM而言,条件接收服务或者内容保护的许可等也倾向于使用硬件级别的保护;

         公司数据,比如登陆VPN的凭据等的保护;

         连接性保护,在3G,4G,wifi,乃至NFC等方面,密钥资源的保护;

         金融风险,比如金融交易中的用户交互数据(交易内容,交易额,用户输入PIN等)。

TEE的参与者则包含SP,运营商,OS和移动应用开发者,设备厂商,芯片厂商等。

如前所述,TEE是与Rich OS并存的,可见下图。

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其中,TEE所能访问的软硬件资源是与Rich OS分离的。TEE提供了授权安全软件(可信应用,TA)的安全执行环境,同时也保护TA的资源和数据的保密性,完整性和访问权限。为了保证TEE本身的可信根,TEE在安全启动过程中是要通过验证并且与Rich OS隔离的。在TEE中,每个TA是相互独立的,而且不能在未授权的情况下不能互相访问。

GP在TEE的标准化方面下足了工夫,基础的规范有TEE内部API,TEE客户端API,当然目前还有一系列的补充的功能性API规范,以及应用管理、调试功能、安全保护轮廓等规范正在制定中。

         TEE内部API主要包含了密钥管理,密码算法,安全存储,安全时钟资源和服务,还有扩展的可信UI等API。可信UI是指在关键信息的显示和用户关键数据(如口令)输入时,屏幕显示和键盘等硬件资源完全由TEE控制和访问,而Rich OS中的软件不能访问。内部API是TEE提供给TA的编程接口;

         TEE外部API则是让运行在Rich OS中的客户端应用(CA)访问TA服务和数据的底层通信接口。

TEE的位置

TEE是运行在设备中的,提供介于普通RichOS和SE(智能卡)之间的安全性的框架。当前的很多安全架构还是基于Rich OS + SE的方式,其实这在方便程度和成本上都不能提供“刚刚好”的契合。因为某些小额的支付,DRM,企业VPN等,所需要的安全保护强度并不高,还不需要一个单独的SE来保护,但是又不能直接放在Rich OS中,因为后者的开放性使其很容易被攻击。所以对于这类应用,TEE则提供了合适的保护强度,并且平衡了成本和易开发性。这可以从下图的分析中看到。

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对于抗攻击性,SE最高,Rich OS很低;对于访问控制爱,与抗攻击性类似,但是Rich OS能做得更多一些;对于用户界面,SE无能为力,而Rich OS最丰富;开发难易程度上,Rich OS最容易,当然如果TEE标准做得好,也能做得“相当”容易;处理速度上,TEE和Rich OS相当,因为二者使用的同一个物理处理器,SE则肯定慢;最后,SE是物理上可移除的。

从成本和安全性的平衡来看,下图给出了展示。

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可见,加入了TEE后,额外成本增加很低,而可以达到一个中等保护的级别;如果要达到高级别保护,就需要额外的成本了。这个图的分析并不是说TEE的出现就使得设备上不需要SE了,而是作为一种中等安全级别的层级,满足相应的安全目的。

具体用例

公司安全用例:当用户使用移动设备访问电子邮件,内部网和公司文档的时候,需要有可信赖的端到端安全,以确保公司数据在设备上是受保护的,及网络认证数据不被误用。通过将关键资产与开发环境分离,TEE可以有如下方式来增加公司应用的安全:

         公司应用,如email管理器可以依赖于TA,实现敏感功能如加密存储和email的访问控制;

         VPN认证可以依赖于TA,允许VPN凭据的安全提供和认证算法实现;

         访问策略可以用可信UI实现。当需要访问加密数据和建立网络连接时,需要用户输入口令;

         一次性口令(OTP)可以由TA实现,从而把智能手机作为一个安全认证token使用,这种方式是当使用PC登陆公司网络时适用的(双因子认证方法)。

 内容保护用例:对于高质量内容,如音乐,视频,书籍和游戏,相应的SP也需要有内容保护机制来防止非法拷贝和传播。对内容保护而言,可以有如下几种方式:
         防止拷贝系统(如数字水印);

         数字版权管理系统(如微软的PlayReady或者OMA DRM);

       条件接收系统(如Nagra,NDS,Irdeto等)。

这些内容保护系统也可以依赖于TA的如下功能:

        存储密钥,凭据和证书;

        执行关键软件;

        执行关键的内容保护函数和/或安全地委托给SE。

移动支付用例:移动支付可以分为远程移动交易,和近场支付两类。风险则有可能是设备中的恶意代码在用户不知情的情况下,去做了如下的事情:

         获取用户口令或PIN;

         修改交易数据,比如交易金额;

         在没有用户确认的情况下生成交易。

借助于TEE的可信UI特性,TEE可以提供用户认证、交易确认和交易处理等方面的保护。

 

TEE的概念是基于ARM的TrustZone技术的,虽然GP在文档里一直没有明说这一点。而TrustZone架构是ARM系统化设计出来的,在处理器核和调试功能等方面都有充分的功能性和安全性考虑。因此在针对OMTP的电子消费设备的安全威胁,以及OMTP TR1中提到的扩展的安全威胁,ARM和GP都有相应的考虑。对于硬件安全威胁,ARM在架构设计上使其攻击更加困难,相应的代价也更高一些;而对于软件安全威胁,也不再是一场取得操作系统root权限的游戏了,而是把Rich OS和TEE的执行空间和资源分离,除非TEE本身有漏洞,或者TA包含恶意代码,否则软件攻击也会非常困难。当然,TEE本身应当是通过一定级别的认证(EAL2或EAL3,特殊行业应用EAL4及以上),而TA也肯定是需要相应机构的认证和签名才能部署到设备上去的。无论是TEE的认证,还是TA的可信管理,都是另外的重量级话题。而在此之前,如何实现Rich OS与TEE的通信机制,高效的内存共享机制,以及多核架构带来的问题等,都是具有挑战性的话题。

 

http://blog.csdn.NET/braveheart95/article/details/8882322

 

TEE通信分析 kenel层收到中断后通过netlink上报到hal层,hal层通过ioctl调用kernel层,从而操作硬件,执行相应的动作。

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TEE的实现(硬件、软件与开源)

 

         虽然TEE已经发展比较成熟了,但是对于一般开发者或者研究人员,想要真正体会TEE的功能却是一件比较困难的事件。下面总结关于TEE的一些实现,供参考,可以方便TEE的上手实验与操作。

支持TEE的嵌入式硬件技术包含如下:

         (1)AMD的PSP(Platform Security Processor)处理器

                   http://www.amd.com/en-us/innovations/software-technologies/security

         https://classic.regonline.com/custImages/360000/369552/TCC%20PPTs/TCC2013_VanDoorn.pdf

         (2)ARM TrustZone技术(支持TrustZone的所有ARM处理器)

                   http://www.arm.com/zh/about/events/globalplatform-trusted-execution-environment-trustzone-building-security-into-your-platform.php

         (3)Intel x86-64指令集:SGX Software Guard Extensions

                   Intel软件保护扩展:https://software.intel.com/sites/default/files/329298-001.pdf

         (4)MIPS:虚拟化技术Virtualization

                   http://www.imgtec.com/mips/architectures/virtualization.asp

 

几个TEE的软件实现(提供开源工具或者基于TEE开发的SDK)如下:

         (1)Trustonic公司的t-base,是一个商业产品,已经得到GlobalPlatform的授权认可

                   https://www.trustonic.com/products-services/trusted-execution-environment/

         (2)Solacia公司的securiTEE,也是一个商业产品,并且得到了GlobalPlatform的授权认可

         http://www.sola-cia.com/en/securiTee/product.asp

         (3)OP-TEE,开源实现,来自STMicroelectronics,BSD授权支持下的开源

         开源地址:https://github.com/OP-TEE

         (4)TLK,开源实现,来自Nvidia,BSD授权支持下的开源

         开源地址:http://nv-tegra.nvidia.com/gitweb/?p=3rdparty/ote_partner/tlk.git;a=summary

         (6)T6,开源实现,GPL授权下的开源研究,主要是上海交大的,是国内开展TEE研究比较早的

         地址:http://www.liwenhaosuper.com/projects/t6/t6_overview.html

         (7)Open TEE,开源实现,来自芬兰赫尔辛基大学的一个研究项目,由Intel提供支持,在Apache授权下提供支持

         开源地址:https://github.com/Open-TEE/project

         (8)SierraTEE,来自Sierraware公司的实现,拥有双重属性,一半开源一半商业性质

         地址:http://www.openvirtualization.org/

 

         商业的TEE实现,如Trustonic的t-base,Solacia的securiTEE不花钱肯定是无法使用的。而T6和SierraTEE貌似都必须购买相应的硬件开发板才能使用其开源的TEE软件,而且硬件开发板也不便宜。OP-TEE、TLK和Open TEE是完全开源实现,值得去学习体验一下TEE环境,博主接下来会分别体验一下这三个开源TEE后再来作评价,是否好用,是否依赖特定硬件,现在还不得而知,只等后面体验后更新吧。

 

主要参考

[0] 维基百科,http://en.wikipedia.org/wiki/Trusted_execution_environment#cite_note-10

 

其它参考

[1] GlobalPlatform Device Specifications: Trusted Execution Environment. http://www.globalplatform.org/specificationsdevice.asp

[2] Trusted Computing Group. Committee Specification-TPM 2.0 Mobile Reference Architecture (an intermediate draft), April 4, 2014

[3] OMTP Ltd. Advanced Trusted Environment: OMTP TR1. 2009. http://www.gsma.com/newsroom/wp-content/uploads/2012/03/omtpadvancedtrustedenvironmentomtptr1v11.pdf

[4] TRUSTED LOGIC‘s TRUSTED FOUNDATIONS? SOFTWARE complies with OMTP latest

security requirements. http://www.trusted-logic.com/IMG/pdf/TRUSTED_LOGIC_TRUSTED_FOUNDATIONS_OMTP_FINAL.pdf

[5] Trusted Foundations? first to incorporate the latest GlobalPlatform TEE Specification. 2011. http://tlmobility.com/IMG/pdf/Trusted_Foundations_FINAL.pdf


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