榮耀Magic V的官方宣傳是“一個保險柜和兩把鎖”,搭載榮耀首款獨立安全存儲芯片,擁有獨立于安卓操作系統(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切換,可以遠程鎖定SIM卡,遭到惡意刷機后也會要求賬號密碼,即便物理破解存儲芯片也無法讀取個人數(shù)據(jù)等眾多安全特性。
毫無疑問,智能手機就是普通民眾能接觸到,科技安全級別最高的產(chǎn)品。在智能手機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陣營的安全架構(gòu)歷史。
ARM陣營的安全硬件演進
提到Android,自然離不開ARM指令集和高通。前者是移動世界的基石,后者是Android陣營SoC的代名詞。從高通第一代驍龍S1問世至今,驍龍品牌走過了十四年,無論是驍龍S1到S4時期,還是“驍龍8XX”時期,高通驍龍一直都是Android旗艦的御用移動平臺。高通驍龍平臺持續(xù)強化的安全能力,是Android生態(tài)最重要的安全和隱私基礎(chǔ)。
無論是桌面平臺的TPM可信平臺模塊,還是移動端的安全芯片,一直追求的都是安全三要素:Confidenciality機密性、Integrity完整性、Availability可用性。而ARM陣營安全硬件近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,兩個模式有獨立的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時代,又先后引進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;
● 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;
●而下一個里程碑,是ARM v8.4在安全世界引入的hypervisor,軟件層面支持多個TEEOS,安全級別高的支付業(yè)務(wù)可以跑在獨立的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機密領(lǐng)域”,生成對OS或虛擬機管理程序完全不透明的安全容器化的執(zhí)行環(huán)境,保護正在使用的數(shù)據(jù)與代碼,并縮短信任鏈。
高通驍龍的安全能力演進
當(dāng)年驍龍845的元件示意圖↑
從指令集往上,到達SoC這一層,高通幾乎每代驍龍旗艦都會率先引入最新的安全功能,用戶安全和隱私的保護措施在以軍事競賽式的速度升級:
●2015年的驍龍810引入SafeSwitch功能。在丟失手機后,可以遠程鎖機并輕松抹掉手機上的用戶數(shù)據(jù),而且SafeSwitch先于操作系統(tǒng)啟動,讓“簡單刷機破賬號”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,具備機器學(xué)習(xí)功能。其基于簽名的反惡意軟件服務(wù),能自動阻止已知惡意軟件的運行,能實時監(jiān)測手機的后臺并做異常警告,最終達到零時差(Zero-Day)偵測病毒、惡意軟件的效果,且能離線運行;
● 2017年驍龍835內(nèi)置了Qualcomm Haven安全平臺,包括內(nèi)容保護、惡意軟件檢測、防盜、身份驗證等4大方面。此時的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支付鋪平了道路;
● 驍龍845則帶來了獨立安全處理單元,高通稱之為“安全島”。這個爆改過的Arm SC300,有自己的CPU內(nèi)核、獨立的電源供應(yīng)和閃存,能將圖像、指紋識別等用戶生物信息、銀行卡等金融信息獨立存儲,自帶加密引擎,能防止篡改和重放攻擊;
● 驍龍855是首款達到智能卡級別安全性的移動SoC,通過了Common Criteria EAL-4 +全球安全認證,可以省卻OEM廠商外掛安全芯片的麻煩。其更強的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、加密錢包等功能,并開始支持iSIM應(yīng)用。
● 驍龍865首發(fā)支持當(dāng)時Android系統(tǒng)最新的安全憑證API,并對ISP、DSP、存儲分別做了安全優(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。
●驍龍888則為移動端帶來了全新的Type-1 Hypervisor支持,讓手機可以啟用同一個系統(tǒng)的多個實例,在進行數(shù)據(jù)的保護和隔離的同時,能在不同應(yīng)用和多個操作系統(tǒng)間即時切換,,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)字驗證標(biāo)準(zhǔn),能為照片制作加密印記,用于驗證數(shù)字內(nèi)容的真實性。
全新一代驍龍8,全新的移動安全架構(gòu)
全新一代驍龍8在2021驍龍技術(shù)峰會發(fā)布。發(fā)布會開頭就緊貼熱點,是元宇宙。5G、計算機視覺、頭部/眼球/姿勢追蹤以及工具、3D重建、感知算法、情境語言理解/音頻增強和創(chuàng)作支持,應(yīng)有盡有。
而此時的驍龍,已經(jīng)是包含50多個芯片組的完整平臺,一切都要建立在安全的基礎(chǔ)上。今年發(fā)布會,開場致辭之后第一個說的就是安全,從其排位比影像、AI、游戲都要靠前,就知道高通對安全特性的重視程度。
首先,上一代引入的深度保護層,現(xiàn)在面向合作伙伴和客戶開源了,宣稱將允許應(yīng)用程序和服務(wù)與SoC的更多部件進行交流,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之上再加了一個安全層——全新的信任管理引擎(Trust Management Engine)。其運行在Android系統(tǒng)和其他安全服務(wù)的管理程序?qū)又?即使高級別的軟件堆棧受損,也能保護低級別數(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,通過云端的網(wǎng)站與應(yīng)用信用評估,改變本地策略,對新風(fēng)險第一時間做出反應(yīng),實現(xiàn)從芯片到云端的信任防護。
在高通宣稱是保險庫級別的安全配置下,新一代驍龍8成為全球首個符合Android Ready SE標(biāo)準(zhǔn)的移動平臺。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)上是通過開源的SE安全接口和程序,讓手機、平板、汽車等智能設(shè)備可以用作住房鑰匙、車鑰匙、數(shù)字錢包/貨幣、電子駕照、護照使用,讓更多的實體物品數(shù)字化。
全新一代驍龍8也是首個能讓創(chuàng)作者直接在手機上鑄造NFT“非同質(zhì)化代幣”的移動平臺,可以為數(shù)字內(nèi)容“蓋印”并保存在區(qū)塊鏈賬簿。高通還與各國政府、通訊服務(wù)商建立連接安全場景,實現(xiàn)Stingray偽基站防護,提供惡意蜂窩網(wǎng)絡(luò)識別,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,隨時都可以代替物理SIM卡和卡槽來節(jié)省寶貴的機身空間。
另外,驍龍8可以在不錄像和錄音的情況下,完成全天候的視覺感知,它甚至可以檢測到旁邊的人偷看屏幕并自動鎖屏。而加密性能的提升,也讓驍龍8打破以前驍龍平臺800MB/s的持續(xù)寫入速度限制。
總結(jié)
雖然元宇宙還是當(dāng)紅概念,但每天數(shù)十億臺移動設(shè)備、數(shù)百億次的應(yīng)用調(diào)用、數(shù)千億次的服務(wù)請求,手機對現(xiàn)代生活的重塑,其實早就讓我們身處數(shù)字“元宇宙”當(dāng)中。
移動支付、電子駕照、電子身份證的普及,上至VR/AR的未來,下至車鑰匙、錢包、貨幣的數(shù)字化,數(shù)碼生活還會繼續(xù)下沉滲透。移動設(shè)備,特別是智能手機的安全功能,其重要性再怎么強調(diào)都不為過。
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)代智能手機誕生的第12年,生物識別大規(guī)模應(yīng)用的第8年,高通驍龍為代表的移動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。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,讓移動安全進入了新的階段。
科技在被展望時是那么聲勢浩大,在實現(xiàn)時又是那么悄無聲息�，F(xiàn)在反過來看,智能設(shè)備底層的安全性問題,從來都沒有獲得過與其重要度匹配的關(guān)注度,這或許是件好事。無比低調(diào),甚至很難被感知到,就是對眾多強大安全特性最完美注腳。
(本文內(nèi)容轉(zhuǎn)自雷峰網(wǎng))