安卓陣營(yíng)的安全架構(gòu)歷史：一直被“無(wú)視”的核心功能

　　雖然大家都知道硬件安全很重要，但它從來(lái)都沒(méi)有獲得過(guò)與其重要度匹配的關(guān)注度。而榮耀在1月10日發(fā)布的Magic V，除了新一代驍龍8移動(dòng)平臺(tái)和折疊屏，還重點(diǎn)宣傳了很久沒(méi)有進(jìn)入公眾視野的安全功能。

　　榮耀Magic V的官方宣傳是“一個(gè)保險(xiǎn)柜和兩把鎖”，搭載榮耀首款獨(dú)立安全存儲(chǔ)芯片，擁有獨(dú)立于安卓操作系統(tǒng)之外的雙TEE(可信執(zhí)行環(huán)境)安全系統(tǒng)。其有隱私維修模式并能隨時(shí)切換，可以遠(yuǎn)程鎖定SIM卡，遭到惡意刷機(jī)后也會(huì)要求賬號(hào)密碼，即便物理破解存儲(chǔ)芯片也無(wú)法讀取個(gè)人數(shù)據(jù)等眾多安全特性。

　　毫無(wú)疑問(wèn)，智能手機(jī)就是普通民眾能接觸到，科技安全級(jí)別最高的產(chǎn)品。在智能手機(jī)就能提供極高安全性的今天，我們以最有代表性的高通為例，一起回顧一下Android陣營(yíng)的安全架構(gòu)歷史。

　　ARM陣營(yíng)的安全硬件演進(jìn)

　　提到Android，自然離不開(kāi)ARM指令集和高通。前者是移動(dòng)世界的基石，后者是Android陣營(yíng)SoC的代名詞。從高通第一代驍龍S1問(wèn)世至今，驍龍品牌走過(guò)了十四年，無(wú)論是驍龍S1到S4時(shí)期，還是“驍龍8XX”時(shí)期，高通驍龍一直都是Android旗艦的御用移動(dòng)平臺(tái)。高通驍龍平臺(tái)持續(xù)強(qiáng)化的安全能力，是Android生態(tài)最重要的安全和隱私基礎(chǔ)。

　　無(wú)論是桌面平臺(tái)的TPM可信平臺(tái)模塊，還是移動(dòng)端的安全芯片，一直追求的都是安全三要素：Confidenciality機(jī)密性、Integrity完整性、Availability可用性。而ARM陣營(yíng)安全硬件近10年的演變，本身就是一部新功能高速發(fā)展和普及的歷史。

　　“史前”的ARM v7指令集就引入了Security Extension概念，即CPU能夠在“普通世界和安全世界”間切換，兩個(gè)模式有獨(dú)立的MMU內(nèi)存管理單元，有用于隔離內(nèi)存TZASC、用于隔離外設(shè)TZP和CCI總線，可以在不增加硬件成本的情況下為提供可信執(zhí)行環(huán)境。

　　在ARM v8.x時(shí)代，又先后引進(jìn)了一系列的安全特性：

　　●PAN和UAO(Privileged Execute Never和User Access Only)，一定程度把內(nèi)核態(tài)程序和用戶資源分隔開(kāi);

　　● PA(Pointer Authentication)和CFI(Control Flow Integrity)，防止跳轉(zhuǎn)指針被修改，保證控制流完整性，防止ROP攻擊;

　　●而下一個(gè)里程碑，是ARM v8.4在安全世界引入的hypervisor，軟件層面支持多個(gè)TEEOS，安全級(jí)別高的支付業(yè)務(wù)可以跑在獨(dú)立的TEEOS并于通用TEEOS隔離;

　　● ARM v8.5引入BTI(Branch Target Identifiers)和MT(Memory Tagging)，前者限制間接轉(zhuǎn)跳，防JOP攻擊，后者能標(biāo)記內(nèi)存區(qū)域，防止溢出和UAF漏洞;

　　● Arm v9(驍龍8 Gen 1這一代)提出了Arm CCA的概念，引入全新的“Realm機(jī)密領(lǐng)域”，生成對(duì)OS或虛擬機(jī)管理程序完全不透明的安全容器化的執(zhí)行環(huán)境，保護(hù)正在使用的數(shù)據(jù)與代碼，并縮短信任鏈。

　　高通驍龍的安全能力演進(jìn)

　　當(dāng)年驍龍845的元件示意圖↑

　　從指令集往上，到達(dá)SoC這一層，高通幾乎每代驍龍旗艦都會(huì)率先引入最新的安全功能，用戶安全和隱私的保護(hù)措施在以軍事競(jìng)賽式的速度升級(jí)：

　　●2015年的驍龍810引入SafeSwitch功能。在丟失手機(jī)后，可以遠(yuǎn)程鎖機(jī)并輕松抹掉手機(jī)上的用戶數(shù)據(jù)，而且SafeSwitch先于操作系統(tǒng)啟動(dòng)，讓“簡(jiǎn)單刷機(jī)破賬號(hào)”成為歷史;

　　● 2016年的驍龍820引入了Smart Protect，后者是首款利用高通Zeroth技術(shù)的產(chǎn)品，具備機(jī)器學(xué)習(xí)功能。其基于簽名的反惡意軟件服務(wù)，能自動(dòng)阻止已知惡意軟件的運(yùn)行，能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)手機(jī)的后臺(tái)并做異常警告，最終達(dá)到零時(shí)差(Zero-Day)偵測(cè)病毒、惡意軟件的效果，且能離線運(yùn)行;

　　● 2017年驍龍835內(nèi)置了Qualcomm Haven安全平臺(tái)，包括內(nèi)容保護(hù)、惡意軟件檢測(cè)、防盜、身份驗(yàn)證等4大方面。此時(shí)的Android旗艦已經(jīng)可以讓虹膜、人臉等敏感信息存放在SoC的TrustZone并與系統(tǒng)隔離。而與FIDO聯(lián)盟、騰訊等廠商的合作，也為指紋和虹膜移動(dòng)支付鋪平了道路;

　　● 驍龍845則帶來(lái)了獨(dú)立安全處理單元，高通稱之為“安全島”。這個(gè)爆改過(guò)的Arm SC300，有自己的CPU內(nèi)核、獨(dú)立的電源供應(yīng)和閃存，能將圖像、指紋識(shí)別等用戶生物信息、銀行卡等金融信息獨(dú)立存儲(chǔ)，自帶加密引擎，能防止篡改和重放攻擊;

　　● 驍龍855是首款達(dá)到智能卡級(jí)別安全性的移動(dòng)SoC，通過(guò)了Common Criteria EAL-4 +全球安全認(rèn)證，可以省卻OEM廠商外掛安全芯片的麻煩。其更強(qiáng)的SPU，能用于Android StrongBox和Gatekeeper等系統(tǒng)，可以支持離線支付、TPM、電子身份證、加密錢(qián)包等功能，并開(kāi)始支持iSIM應(yīng)用。

　　● 驍龍865首發(fā)支持當(dāng)時(shí)Android系統(tǒng)最新的安全憑證API，并對(duì)ISP、DSP、存儲(chǔ)分別做了安全優(yōu)化，即使安裝了惡意軟件，數(shù)據(jù)也不會(huì)被復(fù)制到安全區(qū)以外。而新的高通傳感器中樞，也能以極低的功耗提供安全防護(hù)。

　　●驍龍888則為移動(dòng)端帶來(lái)了全新的Type-1 Hypervisor支持，讓手機(jī)可以啟用同一個(gè)系統(tǒng)的多個(gè)實(shí)例，在進(jìn)行數(shù)據(jù)的保護(hù)和隔離的同時(shí)，能在不同應(yīng)用和多個(gè)操作系統(tǒng)間即時(shí)切換,，還能讓Hypervisor應(yīng)用數(shù)據(jù)完全與主要操作系統(tǒng)內(nèi)的其他應(yīng)用隔離。另外，其也支持Adobe的CAI數(shù)字驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)，能為照片制作加密印記，用于驗(yàn)證數(shù)字內(nèi)容的真實(shí)性。

　　全新一代驍龍8，全新的移動(dòng)安全架構(gòu)

　　全新一代驍龍8在2021驍龍技術(shù)峰會(huì)發(fā)布。發(fā)布會(huì)開(kāi)頭就緊貼熱點(diǎn)，是元宇宙。5G、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、頭部/眼球/姿勢(shì)追蹤以及工具、3D重建、感知算法、情境語(yǔ)言理解/音頻增強(qiáng)和創(chuàng)作支持，應(yīng)有盡有。

　　而此時(shí)的驍龍，已經(jīng)是包含50多個(gè)芯片組的完整平臺(tái)，一切都要建立在安全的基礎(chǔ)上。今年發(fā)布會(huì)，開(kāi)場(chǎng)致辭之后第一個(gè)說(shuō)的就是安全，從其排位比影像、AI、游戲都要靠前，就知道高通對(duì)安全特性的重視程度。

　　首先，上一代引入的深度保護(hù)層，現(xiàn)在面向合作伙伴和客戶開(kāi)源了，宣稱將允許應(yīng)用程序和服務(wù)與SoC的更多部件進(jìn)行交流，從而在虛擬化環(huán)境提供更多特性。

　　高通也繼續(xù)貫徹深度防御(Defense-In-Depth)策略，在Hypervisor之上再加了一個(gè)安全層——全新的信任管理引擎(Trust Management Engine)。其運(yùn)行在Android系統(tǒng)和其他安全服務(wù)的管理程序?qū)又�下，即使高�?jí)別的軟件堆棧受損，也能保護(hù)低級(jí)別數(shù)據(jù)的安全，并為應(yīng)用和服務(wù)提供額外信任根(Root of Trust)。這個(gè)信任管理引擎甚至可以和云端等其他安全技術(shù)協(xié)同工作，通過(guò)云端的網(wǎng)站與應(yīng)用信用評(píng)估，改變本地策略，對(duì)新風(fēng)險(xiǎn)第一時(shí)間做出反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)從芯片到云端的信任防護(hù)。

　　在高通宣稱是保險(xiǎn)庫(kù)級(jí)別的安全配置下，新一代驍龍8成為全球首個(gè)符合Android Ready SE標(biāo)準(zhǔn)的移動(dòng)平臺(tái)。而后者是Google在2021年3月發(fā)起，用于SE安全芯片標(biāo)準(zhǔn)的研發(fā)和推廣的聯(lián)盟，目標(biāo)上是通過(guò)開(kāi)源的SE安全接口和程序，讓手機(jī)、平板、汽車(chē)等智能設(shè)備可以用作住房鑰匙、車(chē)鑰匙、數(shù)字錢(qián)包/貨幣、電子駕照、護(hù)照使用，讓更多的實(shí)體物品數(shù)字化。

　　全新一代驍龍8也是首個(gè)能讓創(chuàng)作者直接在手機(jī)上鑄造NFT“非同質(zhì)化代幣”的移動(dòng)平臺(tái)，可以為數(shù)字內(nèi)容“蓋印”并保存在區(qū)塊鏈賬簿。高通還與各國(guó)政府、通訊服務(wù)商建立連接安全場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)Stingray偽基站防護(hù)，提供惡意蜂窩網(wǎng)絡(luò)識(shí)別，阻斷其數(shù)據(jù)連接等功能。新驍龍8的安全處理單元SPU同樣集成iSIM，只要應(yīng)用廠商愿意，隨時(shí)都可以代替物理SIM卡和卡槽來(lái)節(jié)省寶貴的機(jī)身空間。

　　另外，驍龍8可以在不錄像和錄音的情況下，完成全天候的視覺(jué)感知，它甚至可以檢測(cè)到旁邊的人偷看屏幕并自動(dòng)鎖屏。而加密性能的提升，也讓驍龍8打破以前驍龍平臺(tái)800MB/s的持續(xù)寫(xiě)入速度限制。

　　總結(jié)

　　雖然元宇宙還是當(dāng)紅概念，但每天數(shù)十億臺(tái)移動(dòng)設(shè)備、數(shù)百億次的應(yīng)用調(diào)用、數(shù)千億次的服務(wù)請(qǐng)求，手機(jī)對(duì)現(xiàn)代生活的重塑，其實(shí)早就讓我們身處數(shù)字“元宇宙”當(dāng)中。

　　移動(dòng)支付、電子駕照、電子身份證的普及，上至VR/AR的未來(lái)，下至車(chē)鑰匙、錢(qián)包、貨幣的數(shù)字化，數(shù)碼生活還會(huì)繼續(xù)下沉滲透。移動(dòng)設(shè)備，特別是智能手機(jī)的安全功能，其重要性再怎么強(qiáng)調(diào)都不為過(guò)。

　　下游應(yīng)用領(lǐng)域往前狂奔的基礎(chǔ)，是高通這些上游供應(yīng)商提前做好的安全硬件支撐�，F(xiàn)代智能手機(jī)誕生的第12年，生物識(shí)別大規(guī)模應(yīng)用的第8年，高通驍龍為代表的移動(dòng)SoC，其軟硬件安全功能已經(jīng)在一輪輪的攻防戰(zhàn)中得到了前所未有的增強(qiáng)。而全新一代驍龍8，也從TrustZone到Hypervisor，再到信任管理引擎、Android Ready SE標(biāo)準(zhǔn)和NFT的支持，讓移動(dòng)安全進(jìn)入了新的階段。

　　科技在被展望時(shí)是那么聲勢(shì)浩大，在實(shí)現(xiàn)時(shí)又是那么悄無(wú)聲息。現(xiàn)在反過(guò)來(lái)看，智能設(shè)備底層的安全性問(wèn)題，從來(lái)都沒(méi)有獲得過(guò)與其重要度匹配的關(guān)注度，這或許是件好事。無(wú)比低調(diào)，甚至很難被感知到，就是對(duì)眾多強(qiáng)大安全特性最完美注腳。

　　(本文內(nèi)容轉(zhuǎn)自雷峰網(wǎng))