安全功能

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加密

• 具有直接基于内存访问的寄存器和总线访问管理器。
• 与加密硬件的接口。
• Linux 内核加密驱动程序 (qcrypto) 提供对硬件加密的访问,独立于受信任的应用程序。
• Qualcomm TEE 为受信任的应用程序提供硬件和软件加密应用程序编程接口 (API)。

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内联加密引擎

• AES 128/AES 256 ECB/XTS
• 多个加密流以满足高吞吐量
• 每个加密流有多个 AES 核心
• 提供 32 个软件可配置密钥
• 启用对称和非对称操作的能力
• 支持 emmc 和 ufs 存储变体。
• 默认配置中的标准密钥。
• 通过 module_param(use_wrapped_keys) 可配置的包装密钥支持。

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密钥管理

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使用 PKCS#11 开发用于密钥管理的 Linux 用户空间应用程序

• PKCS #11 加密令牌接口基础规范
• PKCS #11 加密令牌接口使用指南

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限制

• 随机数生成器功能
• CKM_ECDSA 中的 P-192
• CKM_RSA_PKCS 模式下的 RSA PKCS 密钥生成和签名
• EDDSA 密钥生成和签名
• RSA 互操作性有限;不支持多种传统格式、专用 RSA 模式和基于 SHA3 的 RSA 组合。
• 对于较新的 PKCS#11 v3.0 功能(如 Edwards/Montgomery 曲线、EdDSA、XEdDSA 和高级 EC 派生/KDF 变体),椭圆曲线支持不完整。
• 不支持基于 SHA3 的机制,如摘要、HMAC、密钥派生和相关的签名组合。
• 不支持高级 AES 模式,如 AES-OFB、AES-CFB、AES-XTS、AES-CCM、AES-GMAC 以及一些 AES MAC 变体。
• 几种对称 MAC 和键控哈希变体不完整,尤其是基于 SHA3 的和一些通用长度机制。
• 不支持特定于协议和专用机制,如 SSL/TLS/WTLS、PBE、HKDF、ChaCha20/Poly1305、Salsa20/Poly1305 和类似的高级机制。
• 某些机制仅部分支持或被后端/QTEE GP 限制阻止,包括 ECDSA 和某些与 EC 相关的测试流程

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观看有关安全启动技术的视频

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安全启动

• 确认由 Qualcomm 和用户签名的所有软件镜像(非 Linux 镜像)的真实性。该设备执行此过程。
• 防止任何未经授权或恶意修改的软件在设备上运行。

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UEFI 安全启动

• 确保设备 UEFI 固件运行的代码在操作系统开始启动之前是安全且受信任的。
• 定义 UEFI 如何对 Linux 镜像、操作系统加载程序 (uki.efi)、systemd boot (bootaa64.efi) 和设备树 blob (DTB) 镜像文件等镜像进行身份验证。
• 确保仅在由有效且授权的用户签名时才加载镜像。此过程还确保了 Qualcomm Linux 安全性和运行在基于 UEFI 的固件上的系统的完整性。

• 验证 UEFI 加载镜像的完整性和安全性,确保以批准的方式加载。
• 管理由 UEFI 安全启动身份验证变量定义的 Qualcomm Linux 安全策略,包括:
  • 平台密钥 (PK)
  • 密钥交换密钥 (KEK)
  • 允许的数据库 (dB)
  • 禁止的数据库 (DBX)(本版本不支持。)

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存储安全

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SFS

• 每个受信任应用程序的加密密钥,以确保文件的机密性。
• 每个受信任应用程序的 HMAC 密钥,用于验证文件的完整性。

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RPMB

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存储加密

• 为内容加密提供 32 字节到 64 字节范围的标准密钥
• 为内容加密提供包装密钥
• 使用单独密钥加密文件名和文件内容
• 生成 32 字节密钥标识符

• 内联加密
• 存储加密的 I/O 控制 (IOCTL) 支持

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QCOMTEE 驱动程序

• Mink TEEC 库:公开 GlobalPlatform TEE 客户端 API 接口,允许客户端使用 Mink Adaptor 与 Qualcomm TEE 通信。
• Mink Adaptor 库:实现 Mink-IPC 接口,进而允许客户端使用 Mink-IDL 编程接口通过 QCOMTEE 跨安全域边界与 Qualcomm TEE 通信。
• QCOM-TEE 库:提供使用与 Linux TEE 子系统注册的 QCOM-TEE 驱动程序与 Qualcomm TEE 通信的接口。它支持通过 Linux TEE 子系统的 TEE_IOC_OBJECT_INVOKE IOCTL 与用户空间客户端使用 Qualcomm TEE 进行通用基于对象的 IPC。

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访问控制

• Qualcomm 访问控制使用外部保护单元 (xPU) 从辅助端控制对寄存器、固定地址和动态内存区域的访问。
• 系统内存管理单元 (SMMU) 从主端控制访问,用于内容保护和子系统内存共享用例。

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访问控制域

1. TrustZone 管理 TrustZone 域并使用 xPU 从辅助端控制访问。
   • xPU 是许多称为保护单元的安全块的组合。它允许基于一组可编程访问控制寄存器的条件访问。
   • 如果系统拒绝访问,xPU 会生成错误输出信号,并在必要时生成中断请求信号。
2. hypervisor (EL2) 管理非安全域,包括旨在防止访问优质视频的内容保护区域 (CPZ)。
   • 它通过 SMMU 通过第二阶段页表从主端配置访问控制。
   • 它管理第 2 阶段映射,以保护所有主域(Linux、显示器、GPU 和视频)中的资产。Linux 内核管理第 1 阶段映射,以保护在用户特权级别运行的应用程序中的资产。

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安全外设镜像加载

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SELinux

• 自主访问控制 (DAC)
  • 这是 Linux 访问控制的标准形式。数据所有者对资源(如数据和文件)具有完全控制权,可以更新或修改数据。
  • 一些应用程序(具有 root 权限)可以覆盖此控制。某些资源(如套接字)未经检查。
  • 基于用户和组身份提供的访问控制粒度有限。例如,文件模式 –rwxr-xr-x-。
• MAC
  • 系统范围的安全策略确定所有进程、对象和操作的 Linux 访问控制。
  • 该策略可以限制有缺陷和恶意的应用程序或粗心的用户。它甚至可以防止用户提升权限(如 root 或 UID 0)。
  • MAC 提供了更精细的访问控制粒度,允许访问除文件之外的更多资源,并具有更具体的控制。例如,取消链接、仅追加或移动文件。

• 强制模式(默认):在此模式下,SEPolicy 在系统上强制执行。如果在运行软件时不满足 SEPolicy 规则,则会阻止访问。内核将尝试的访问违规记录为访问向量缓存 (AVC) 拒绝消息到 dmesg、journalctl 和 /var/log/audit/audit.log。
• 宽松模式:在此模式下,SEPolicy 不在系统上强制执行。所有拒绝都记录到 dmesg、journalctl 和 /var/log/audit/audit.log 日志中,但不禁止进程或软件的访问。
• 禁用模式:在此模式下,SEPolicy 既不强制执行也不记录。

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SELinux 层

• recipe‑kernel,包含用于启用 SELinux 所需的内核配置标志的配方。
• recipe‑security 包括:
  • 用于将设备启动到 shell 的策略
  • Qualcomm 服务和测试应用程序的策略
  • 补丁形式的上游服务策略
  • 管理 Qualcomm 策略编译的配方

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Refpolicy

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观看有关 Qualcomm Type-1 Hypervisor 和可信执行环境的视频

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Qualcomm TEE

• 安全
• 非安全

• 从硬件保护内存操作
• 支持加密引擎、PRNG、内联加密引擎和外部保护单元 (xPU) 等安全块的电源崩溃
• 支持安全外设镜像加载器 (PIL)
• 支持子系统重启
• 提供内容保护
• 支持运行受信任的应用程序
• 支持熔丝管理

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受信任的应用程序

• 支持受信任的应用程序在 EL0 的安全世界中运行
• 受信任应用程序的沙盒环境
• 受信任应用程序的位置无关加载
• 不同受信任应用程序之间的消息传递

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安全加固

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用户空间加固

require conf/distro/include/security_flags.inc

• Wformat 标志添加编译时检查以检测 printf、scanf 和 strftime 等常见库函数中字符串参数格式相关的问题。
• D_FORTIFY_SOURCE 标志添加编译时和运行时检查以检测内存和字符串函数中的缓冲区溢出。
• Fstack-protector 标志添加运行时检查以检测缓冲区溢出和堆栈粉碎。
• Fpie 标志启用位置无关代码,允许在随机位置加载二进制文件,从而使某些类型的攻击(如面向返回的编程)更加困难。
• Wl,-z,relro,-z,now 标志使二进制全局偏移表更难被滥用。

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Qualcomm 无线边缘服务

• 功能许可通过功能 ID 和别名功能名称启用设备功能。这些功能通过安装相应的功能许可证或证书来启用。
• 设备证明提供加密签名和加密的数据项,描述设备及其软件的安全状态。这些数据项对于风险引擎和其他类似应用程序很有用。
• 安全配置支持使用唯一设备密钥保护的加密密钥的生成和使用。这些密钥用于:
  • 在销售后和无线 (OTA) 上安全地向设备配置数据。
  • 在设备上签名数据。

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独立可信平台模块

• TPM 2.0 合规性:完全支持 TPM 2.0 标准。
• 安全存储:加密密钥和敏感资产的硬件支持保护。
• 开源栈:与 TPM2 软件栈(TSS、tpm2-tools、tpm2-abrmd、tpm2-tss-engine、tpm2-pkcs11)集成。
• Linux 内核支持:适用于 TPM 2.0(SPI 接口)的上游驱动程序。

• 安全启动和测量启动
• 加密操作的密钥管理
• 工业 IoT 的平台证明
• 使用 TPM2 引擎与 OpenSSL 和 PKCS#11 集成

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支持 dTPM 的 Qualcomm Linux 芯片组

注意 在 QCS6490 Industrial Mez Kit 平台上,如果启动后 /dev/tpm0 和 /dev/tpmrm0 设备节点不存在,请执行以下命令并重启系统:

echo "tpm_tis_spi" > /etc/modules-load.d/tpm.conf

这确保在启动期间自动加载 tpm_tis_spi 模块,启用 TPM 设备节点。

• 硬件接口:dTPM 使用 SPI 连接,复位由 GPIO 控制。
• 设备树支持:仅需要设备树更改进行硬件检测;不需要修改内核驱动程序。
• 软件栈:基于 Yocto 的 Linux 发行版包括完整的 TPM2 软件栈(例如,tpm2-tss 和 tpm2-tools)。
• 虚拟化支持:支持多 VM (KVM) 配置,支持 dTPM 资源管理器透传到客户 VM。
• 平台特殊性:并非所有 Qualcomm SoC 都默认启用 dTPM;它旨在用于需要工业级安全和测量启动的平台。
• 可用性:TPM2 软件栈包含在支持平台的 QC Linux Yocto 层中。

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软件栈

• Yocto 层:通过专用配方启用 TPM 用户空间栈(例如,tpm2-tss、tpm2-tools)。
• 内核驱动程序:使用上游 TPM 驱动程序;硬件启动所需的更改最少。请参阅 Bootlin Source Drivers。
• 用户空间交互:应用程序通过 libtss 栈与 TPM 交互。请参阅 Linux TPM2 和 TSS2 软件。

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硬件集成

• SPI 接口:TPM 通过 SPI 线连接(例如,SPI11),复位由专用 GPIO 控制。
• 设备树配置:通过将 TPM 节点添加到设备树来启用 TPM 支持,允许开源 TPM 驱动程序探测硬件。
• GPIO 控制:更新 PMIC 节点以管理 TPM 复位功能。

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外部依赖

• TPM2 软件栈:包括 tpm2-tss、tpm2-tools 和加密引擎等组件,用于用户空间交互。请参阅 tpm2-tools git.X 和 tpm2-software/tpm2-tools。
• UEFI 固件支持:需要实现 EFI_TCG2_PROTOCOL 的固件,用于测量启动和平台证明。
• Linux 内核集成:依赖于位于 build-qcom-wayland/workspace/<linux_kernel_recipe>/drivers/char/tpm 中的上游 TPM 驱动程序。

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软件启用

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内核

• TPM 驱动程序支持:使用上游 Linux 内核 TPM 驱动程序;标准 dTPM 硬件启动无需更多更改。
• 设备树配置:设备树更新足以启用硬件检测。

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Yocto/用户空间

• tpm2-tss – TPM2 软件栈 (TSS) 库
• tpm2-tools – TPM2 的命令行工具
• tpm2-abrmd – TPM2 访问代理和资源管理器守护进程
• tpm2-tss-engine – 用于 TPM2 的 OpenSSL 引擎
• tpm2-pkcs11 – 用于 TPM2 的 PKCS#11 接口

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安装示例

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验证

• 使用 tpm2-tools 进行功能验证,包括随机数生成 (RNG)、密钥管理和测量启动的测试。
• tpm2-tss 和 tpm2-tools 包中提供了单元测试,以验证 TPM2 功能。

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验证 TPM2 功能 - 测试示例

• 在开始设置之前,从官方上游源下载 TPM2 tools 包。
  • 请参阅 tpm2-tools git.X。
  • 请参阅 tpm2-software/tpm2-tools。
• 在宽松模式下启用安全外壳 (SSH) 以安全地访问您的主机设备。
  • 请参阅 使用 SSH 登录。

1. 使用 SSH 连接到设备控制台。
2. 启用写访问。
   mount -o rw,remount /usr
   
3. 从主机计算机上的另一个终端复制 TPM2 tools 包。
   scp /path/to/tpm2-tools_5.4-r0_armv8-2a.ipk root@<device-ip-address>:/data/
   
4. 安装 TPM2 tools。
   opkg install --force-reinstall --force-depends /data/tpm2-tools_5.4-r0_armv8-2a.ipk
   
5. 验证 TPM2 功能。
   1. 生成随机数据。
      tpm2_getrandom --hex -T device:/dev/tpmrm0 16
      
   2. 创建主密钥。
      tpm2_createprimary -C o -c primary.ctx
      
   3. 创建 RSA 密钥对。
      tpm2_create -G rsa -u key.pub -r key.pri -C primary.ctx
      
   4. 加载密钥。
      tpm2_load -C primary.ctx -u key.pub -r key.pri -n key.name -c key.ctx
      
   5. 加密文件。
      echo "wangdg love eating fruit" > secre.data
      tpm2_rsaencrypt -c key.ctx -o jiami_file.enc secre.data
      cat jiami_file.enc
      
      查看加密数据。
   6. 解密文件
      tpm2_rsadecrypt -c key.ctx -o jiemi.dec jiami_file.enc
      cat jiemi.dec
      
      查看原始消息。
   7. 哈希文件
      tpm2_hash -C e -g sha1 -o hash.bin -t ticket.bin secre.data --hex
      cat hash.bin
      

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后续步骤

• 要了解 TrustZone 和安全框架,请参阅 安全架构。
• 要了解安全工具及如何将其集成到工作流程中,请参阅 安全工具。