基于ARM的可信嵌入式系统设计

简述了可信计算技术的原理,并分析了ARM公司的TrustZone技术以及TCG提出的TPM技术,针对嵌入式系统资源有限的特点,设计了一种高可信、可扩展、应用灵活的可信嵌入式系统.     

可信执行环境软件侧信道攻击研究综述

为保护计算设备中安全敏感程序运行环境的安全,研究人员提出了可信执行环境(TEE)技术,通过对硬件和软件进行隔离为安全敏感程序提供一个与通用计算环境隔离的安全运行环境.侧信道攻击从传统的需要昂贵设备发展到现在仅基于微体系结构状态就能通过软件方式获取机密信息的访问模式,从而进一步推测出机密信息.TEE架构仅提供隔离机制,无法抵抗这类新出现的软件侧信道攻击.深入调研了ARM TrustZone、Intel SGX和AMD SEV这3种TEE架构的软件侧信道攻击及相应防御措施,并探讨其攻击和防御机制的发展趋势.首先,介绍了ARM TrustZone、Intel SGX和AMD SEV的基本原理,并详细阐述了软件侧信道攻击的定义以及缓存侧信道攻击的分类、方法和步骤;之后从处理器指令执行的角度,提出一种TEE攻击面分类方法,利用该方法对TEE软件侧信道攻击进行分类,并阐述了软件侧信道攻击与其他攻击相结合的组合攻击;然后详细讨论TEE软件侧信道攻击的威胁模型;最后全面总结业界对TEE软件侧信道攻击的防御措施,并从攻击和防御两方面探讨TEE软件侧信道攻击未来的研究趋势.     

基于TrustZone的可信移动终端云服务安全接入方案

可信云架构为云计算用户提供了安全可信的云服务执行环境,保护了用户私有数据的计算与存储安全. 然而在移动云计算高速发展的今天, 仍然没有移动终端接入可信云服务的安全解决方案. 针对上述问题, 提出了一种可信移动终端云服务安全接入方案, 方案充分考虑了移动云计算应用背景, 利用ARM TrustZone硬件隔离技术构建可信移动终端, 保护云服务客户端及安全敏感操作在移动终端的安全执行, 结合物理不可克隆函数技术, 给出了移动终端密钥与敏感数据管理机制. 在此基础之上, 借鉴可信计算技术思想, 设计了云服务安全接入协议, 协议兼容可信云架构, 提供云服务端与移动客户端间的端到端认证. 分析了方案具备的6种安全属性, 给出了基于方案的移动云存储应用实例, 实现了方案的原型系统. 实验结果表明, 可信移动终端TCB较小, 方案具有良好的可扩展性和安全可控性, 整体运行效率较高.     

基于TEE的主动可信TPM/TCM设计与实现

可信技术正在从被动可信度量向着下一代的主动可信监控方向发展，要求TPM/TCM模块有能力主动度量和干预主机系统，传统的TPM/TCM从架构和运行机制等方面都无法满足这种能力.TEE（trusted executionenvironment）技术提供了可信执行环境和主动访控能力，为构建下一代TPM/TCM提供了基本平台，但还存在系统结构、存储以及通信等多方面挑战.提出基于ARM平台TrustZone机制的TZTCM方案，通过分核异步系统架构解决TZTCM独立可信运行和主动可信安全监控问题，基于PUF（physical unclonable functions）安全存储机制和基于UUID（universally unique identifier）的TEE安全通信机制，解决了TEE环境下可信平台模块的存储安全和通信安全问题，为设计实现主动可信TPM/TCM给出了理论和实践参考.通过实验验证了所提关键机制的有效性，实验结果表明，TZTCM在密码计算能力上较常见TPM也有很大提升.TZTCM只需要在系统中增加或修改相应的软/固件，除了主动可信监控能力，还具有低成本、高性能、低功耗、易升级等特点，相对传统TPM/TCM具有非常明显的优势.     

嵌入式系统安全防护方案比较与应用案例分析

伴随着物联网技术的发展,嵌入式系统安全防护问题已经成为当前亟需考虑并尝试解决的系统性难题.在比较多种嵌入式系统安全防护手段的基础上,深入剖析了基于硬件虚拟化技术的ARM TrustZone安全防护方案的系统组成、工作原理及设计实现要点.详细描述了TrustZone-A和Trust-Zone-M 2种技术的区别,并给出了...     

A survey of Intel SGX and its applications

This paper presents a comprehensive survey on the development of Intel SGX (software guard extensions) processors and its applications. With the advent of SGX in 2013 and its subsequent development, the corresponding research works are also increasing rapidly. In order to get a more comprehensive literature review related to SGX, we have made a systematic analysis of the related papers in this area. We first search through five large-scale paper retrieval libraries by keywords (i.e., ACM Digital Library, IEEE/IET Electronic Library, SpringerLink, Web of Science, and Elsevier Science Direct). We read and analyze a total of 128 SGX-related papers. The first round of extensive study is conducted to classify them. The second round of intensive study is carried out to complete a comprehensive analysis of the paper from various aspects. We start with the working environment of SGX and make a conclusive summary of trusted execution environment (TEE).We then focus on the applications of SGX. We also review and study multifarious attack methods to SGX framework and some recent security improvementsmade on SGX. Finally, we summarize the advantages and disadvantages of SGX with some future research opportunities. We hope this review could help the existing and future research works on SGX and its application for both developers and users.     

借助Hypervisor强化TrustZone对非安全世界的监控能力

ARM TrustZone技术已经在Android手机平台上得到了广泛的应用,它把Android手机的硬件资源划分为两个世界,非安全世界（Non-Secure World）和安全世界（Secure World）.用户所使用的Android操作系统运行在非安全世界,而基于TrustZone对非安全世界监控的系统（例如,KNOX,Hypervision）运行在安全世界.这些监控系统拥有高权限,可以动态地检查Android系统的内核完整性,也可以代替Android内核来管理非安全世界的内存.但是由于TrustZone和被监控的Android系统分处于不同的世界, world gap（世界鸿沟）的存在导致处于安全世界的监控系统不能完全地监控非安全世界的资源（例如,Cache）.TrustZone薄弱的拦截能力和内存访问控制能力也弱化了它对非安全世界的监控能力.首次提出一种可扩展框架系统HTrustZone,能结合Hypervisor来协助TrustZone抵御利用world gap的攻击,增强其拦截能力和内存访问控制能力,从而为非安全世界的操作系统提供更高的安全性保障.并在Raspberry Pi2开发板上实现了HTrustZone的原型系统,实验结果表明：HTrustZone的性能开销仅增加了3%左右.     

基于TrustZone的安全应用性能优化

TrustZone technology has been widely used in the security protection of various smart systems, such as data encryption, fingerprint login, DRM protection, electronic payment and so on. TrustZone technology provides programs with a trusted execution environment (TEE) that is isolated from the host environment to provide the runtime protection for important code and data. Therefore, the calling process of the security application based on TrustZone has changed, then the application adds processes such as data sharing and messaging between the secure and non-secure worlds, which causes additional performance overhead. This paper locates four key elements that affect the performance of the security application: world switch, interrupt, shared memory management, and data copy. On this base, four corresponding performance optimization methods are proposed. Through the AES encryption ser- vice based on TrustZone technology, the proposed performance optimization methods were compared and tested to verify their effectiveness. Experimental results show that: 1. Setting parameters reasonably can improve the performance by 31% at most. 2. Masking external interrupts can improve the perfor- mance by 4.5% at most. 3. Memory reusing can improve the performance by 37% at most. 4. Reducing memory copy can improve the performance by 39% at most.     

基于TrustZone技术的隐私数据自动加密方法研究

互联网的快速发展带来了用户隐私数据安全等问题,传统的解决方案是对数据进行加密。但由于加密方法存在加密过程中数据容易被泄漏,以及密钥不易存储和管理等问题,因此,针对以上问题,在TrustZone技术的基础上,对数据加密密钥生成、存储结构、加密策略、密钥存储、密钥获取进行了设计,解决了加密隐私数据过程中容易出现的安全隐患的问题。最后,在qemu虚拟硬件平台上进行了测试,验证了加密方法的可行性。