TEE的初步理解与认识

【论文阅读摘要】

关键词：可信执行环境

定义

可信执行环境（trusted execution environment, TEE）技术，用于保护非可信平台中应用和数据可信执行. TEE 通常采用隔离部分软硬件资源的方法构建安全区域，确保在其中运行的程序和数据保密性和完整性不受外部干扰。

一个可靠的TEE 需要提供 4 方面的安全保障

1）数据隔离：一个可信应用使用的数据不能被其他应用访问、修改，包括可信应用的数据对外部操作系统隔离以及多个可信应用之间的数据隔离.。

2）计算隔离：可信应用的计算资源不能被其他应用观测和拦截，同时需要清理可信应用执行后的痕迹，并防御来自侧信道的攻击。

3）通信控制：非可信应用和可信应用、多个可信应用之间的会话和数据交互不能破坏隔离性.

4） 错误隔离：非可信区域的安全漏洞不能扩散到可信应用中.

实用的 TEE 设计思路是基于硬件隔离基础，通过数据加解密和特权指令执行实现其安全服务.

现有的 TEE 技术具有 3 个明显特点

1）面向用户设计

2）硬件辅助支持设计：从基于 x86 到 RISC-V 架构的平台均引入了新硬件特性

3）共享资源：虽然在设计 TEE 的过程中引入了新的加解密引擎、协处理器等. 但TEE仍然复用主处理器和内存单元，与不可信系统的数据交互保持便捷性

然而现有的 TEE 技术均存在不同程度的缺陷：

安全攻击. 由于 TEE 技术和操作系统并非完全的隔离，如共用处理器、内存、缓存等，导致TEE 容易面临来自共享资源的侧信道攻击.
性能影响. TEE 中数据保护普遍采用内存加密的方式防止数据泄露，即使通过硬件电路支持加解密操作，其数据访问效率仍然低于明文计算.
服务便捷性. 早期 TEE中部署的简化操作系统所提供的服务有限且由服务商定制，难以部署大型应用. TEE 面向用户设计后，用户可以在应用层实现关键代码的安全执行，但对于系统资源的调用仍然需要非可信系统的支持. 目前在推出安全虚拟化的 TEE 技术后，用户安全应用领域将进一步发展.

当前主流计算机系统架构包括 x86，Arm 等均在其设备平台中部署TEE 技术，代表性设计包括软件保护拓展 Intel SGX 和 Arm TrustZone。

其中 SGX 通过内存隔离和加密，以及拓展的指令集在用户空间提供 TEE，实现不同程序间的隔离运行，保证用户关键代码和数据的机密性和完整性不受恶意软件的破坏.

而 TrustZone 则是通过设计处理器不同的处理模式，结合隔离内存等软硬件资源，将系统划分为安全和非安全 2 个世界. 因此服务提供商通过在安全世界中部署独立于用户操作系统的可信应用，为用户提供身份认证和授权服务.

主要面向家用、商用服务领域。
优点在于高性能以及强兼容性
目前主要以 Intel，AMD 厂商为代表推动 x86 架构的发展
x86 TEE是基于物理隔离方法和加密验证技术构建的.
可信平台技术：
1. 目前设备中普遍部署TPM2.0 版本
  
  （TPM: TPM 作为一种集成到芯片组中的微控制器，主要用于密钥生成、存储和证书验证，同时保存系统各层次模块的测量值. TPM 基于硬件的密码学特点可以保证存储数据免受外部恶意软件的攻击，因此是广泛应用于系统启动和应用部署的安全策略的基础）

ME,Intel 管理引擎
- ME 子系统拥有独立的计算能力和内存空间,因此在 Intel 架构安全体系中作为基础可信域存在
- ME 子系统拥有独立的物理地址和 IP 地址，通过直接连接网卡访问远程资源，因此管理端可以通过 ME 子系统远程透明地管理设备开关机、主系统启动验证、设备温度、电压等物理特征检测，甚至对主系统运行时状态监控.
PSP，AMD平台安全处理器