使用ARM TrustZone防止非安全世界访问内存区域

Question

使用ARM TrustZone防止非安全世界访问内存区域

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上下文

我希望在普通世界（Normal world）运行一个功能丰富的GNU/Linux操作系统，并在安全世界（Secure world）运行一个集成了监视器（Monitor）的小型操作系统。

要求

我们必须绝对避免普通世界访问安全世界内存区域。

问题

为了满足这个要求，我们需要使用/激活TrustZone的哪些特性？我只想使用必要的功能来最小化所需的工作。

详情

我已经阅读了大量的ARM TrustZone文档，我知道TZPC、TZASC、带有安全扩展的MMU，但我无法弄清楚如何避免以下威胁：

一旦黑客进入内核空间，有什么可以阻止他禁用MMU，直接访问安全世界的物理内存区域？

也许这甚至不可想象或不可行？但如果是这种情况，我猜TZPC是必需的，以防止这种情况发生，对吗？或者，“简单地”使用两个TrustZone世界就足够了吗？

- cid

2个回答

1

不受信任的代码在非安全状态下运行，因此由CPU生成的任何总线事务都将标记为非安全状态，因此互连的固有功能使事物保持分离。安全内存映射和非安全内存映射实际上是完全独立的，只是在大多数系统中它们被连接起来变得更加相似。现在，“安全世界内存”要么是一些专用块（通常是片上SRAM），硬连接到安全内存映射上，要么是通过TZPC / TZASC刻出的一块通用DRAM，并仅限于安全使用。无论哪种方式，它都“不存在于非安全内存映射中”，因此非安全软件无法访问它。

- Notlikethat

但是如果实际的SoC没有实现TZASC/TZPC呢？ - cid

那么，你要么有硬连线的安全、非安全和共享内存，要么这个东西根本没有设计支持安全软件，所以你只能放弃并回家。 - Notlikethat

好的，但是如果没有TZPC或TZASC支持，那么支持TZ的目的是什么？我正在使用Exynos 4210。虽然支持TZ，但手册中只提到了内存映射中的TZPC。没有更多的信息，所以我不知道是否应该“回家”。 - cid

1

如果您有TZPC，那么它后面会有一些内存，您可以将其分区为一个安全块。我不熟悉Exynos 4，但我曾经玩过Exynos 5410，我知道那里的安全固件设置了芯片上的SRAM（称为iRAM），在安全固件和非安全引导程序入口之间进行划分。此外，三星公开可用的TRM几乎没有任何有用的信息。顺便说一句，引导加载该固件的ROM代码是硬连到安全世界的好例子。 - Notlikethat

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可以查看英文原文，
原文链接

- artless noise · Accepted Answer

如果黑客获取了内核空间的访问权限，有什么能够阻止他禁用MMU并直接访问安全世界的物理内存区域吗？

MMU与TrustZone无关。因此，禁用MMU没有任何作用。可能的攻击对象是监视器代码、安全OS API（面向正常世界）、总线保护、引导代码或硬件。带有安全扩展的MMU允许安全世界的代码像正常世界一样访问内存并相应地出错。

类似于一个恶意的正常世界内核禁用MMU，DMA攻击也可以用于传统的虚拟化监控程序。TrustZone的目的是为了避免这些攻击。

TZASC是安全引导代码锁定硬件的一种方式。您可以将其视为在安全和正常之间分割硬件，并具有读/写访问权限。

              | read  | write
 -------------+------------------
 normal super | Y/N   | Y/N
 normal user  | Y/N   | Y/N
 -------------+------------------
 secure super | Y/N   | Y/N
 secure user  | Y/N   | Y/N

首两行适用于所有ARM系统。后两行是特定于TrustZone的。在物理上，这些是总线上的信号。位可读/写，安全/正常（NS标记位）和超级/用户。每个总线主控将静态地分配到一个世界，如果主控具有TrustZone意识，则可以是动态的。一个动态的主控示例是CPU。对于从设备，它们是内存（大量相似I / O）或小控制器寄存器组。对于内存，TZASC允许内存分区。对于更小的寄存器从设备，通常实现简单的全有或全无总线访问（例如TZPC）。对于系统程序员来说，TrustZone非常模糊，因为它灵活地允许不同的SOC设计。

“也许这甚至不可想象或不可行？但如果是这种情况，我的猜测是需要TZPC来防止这种情况，我是对的吗？或者只是简单地使用两个TrustZone世界就足够了？”TZPC是一种简单的从设备安全/正常分区的例子，适用于基于寄存器的AMBA APB（高级外围总线）I/O。

这一部分旨在作为TrustZone架构灵活性的具体例子，让SOC实现者创建可能对某些特定应用有用的新型设备。

考虑一个系统，我们只有一个NAND芯片（NFC），但想要允许安全和正常访问，使正常世界无法访问安全数据。如果我们创建一个支持TrustZone的NFC控制器，我们可以拥有两个I/O寄存器和DMA数据到用户指定缓冲区。一个寄存器银行是安全的，另一个是普通的。 NFC控制器将是安全主，NFC芯片将是安全从。当有人访问NFC控制器正常寄存器银行时，假设芯片必须检查访问是否被允许（这是上述攻击中的硬件），这是动态主的另一个示例。当它代表正常世界读取时，它会使用NS设置进行DMA，以便应用正常世界访问权限。