Android平台下的Tee讀寫實現方法

一、Tee介紹

TEE (Trusted Execution Environment) 被定義為運行於一個信任環境中的小型操作系統，它採用硬件安全模塊 (HSM) 來增強其安全性能。TEE 專註於安全，支持安全的數據和代碼處理，允許保存和共享客戶數據，確保其完整性，防止其被篡改或泄漏。

TEE 在 Android 平台上被廣泛應用，它的主要功能之一是實現加密安全方案。TEE 作為 CPU 的一個副本運行，只分配少量的 RAM 和存儲空間。該技術的目的是提供一種安全的執行環境，同時保證代碼和數據安全，這對於需要進行敏感操作和數據的應用程序非常重要。

二、Tee的實現方式

在 Android 平台上，有兩種 Tee 的實現方式，分別是 Global Platform Tee 和 Trusty Tee。

1. Global Platform Tee

Global Platform Tee 是由硬件廠商實現的 TEE，它通過硬件提供安全保證，比如 ARM Trustzone 或高通 QSEE 等。全球範圍內，許多廠商已經生產了支持 ARM Trustzone 的處理器，這使得它成為實現 Global Platform Tee 的理想選擇。

   // 示例代碼
   int open_session()
   {
       uint32_t ret = 0;
       TEEC_Result result = TEEC_ERROR_GENERIC;
       TEEC_UUID uid = GP_TEE_UUID;

       result = TEEC_InitializeContext(NULL, &ctx);
       if (result != TEEC_SUCCESS) {
           LOGD("TEEC_InitializeContext failed with code 0x%x", result);
           return -1;
       }
       memset(&sess, 0, sizeof(sess));
       result = TEEC_OpenSession(&ctx, &sess, &uid,
                   TEEC_LOGIN_PUBLIC, NULL, NULL, &ret);
       if (result != TEEC_SUCCESS) {
           LOGD("TEEC_OpenSession failed with code 0x%x", result);
           goto out;
       }
out:
       TEEC_FinalizeContext(&ctx);
       return ret;
   }

2. Trusty Tee

Trusty Tee 是 Android 平台上的TEE，它是通過軟件實現的，可以在不同的處理器上以用戶應用程序的形式運行，不需要獨立芯片，使得 TEE 的實現更加簡單和靈活。

與硬件實現TEE相比，Trusty Tee 不依賴於芯片硬件支持，因此它可以在許多不支持硬件 TEE 的設備上運行。另一方面，它的安全性可能會受到威脅。

   // 示例代碼
   int open_session()
   {
       int fd;
       fd = open("/dev/trusty-ipc-dev0", O_RDWR);
       if (fd < 0) {
           LOGD("failed to open trusty device.\n");
           return -1;
       }

       return fd;
   }

三、基本操作

在使用 TEE 前，需要進行一些常見操作，包括初始化 TEE 環境、打開會話等。下面示例代碼中的 GP_TEE_UUID 指的是 Global Platform Tee 上的 TEE UUID，這裡通過它來打開會話。對於 Trusty Tee，可以通過 /dev/trusty-ipc-dev0 這個設備節點來打開會話。

   // 示例代碼
   int open_session()
   {
       uint32_t ret = 0;
       TEEC_Result result = TEEC_ERROR_GENERIC;
       TEEC_UUID uid = GP_TEE_UUID;

       // 初始化 TEE 上下文
       result = TEEC_InitializeContext(NULL, &ctx);
       if (result != TEEC_SUCCESS) {
           LOGD("TEEC_InitializeContext failed with code 0x%x", result);
           return -1;
       }
       memset(&sess, 0, sizeof(sess));
       // 打開會話
       result = TEEC_OpenSession(&ctx, &sess, &uid,
                   TEEC_LOGIN_PUBLIC, NULL, NULL, &ret);
       if (result != TEEC_SUCCESS) {
           LOGD("TEEC_OpenSession failed with code 0x%x", result);
           goto out;
       }
out:
       // 結束 TEE 上下文
       TEEC_FinalizeContext(&ctx);
       return ret;
   }

四、Tee的數據讀寫

TEE 可以使用共享內存機制，在 TEE 和 Android 應用程序之間進行數據讀寫，實現數據的保護。共享內存可以通過類似 mmap 的調用來實現，在 Android 系統中，這個過程可以通過 C++ 接口分別在客戶端和 TEE 中完成。

   // 示例代碼
   int read_data()
   {
       uint32_t ret;
       TEEC_Result result = TEEC_ERROR_GENERIC;
       TEEC_Operation operation;
       // 共享內存
       TEEC_SharedMemory shared_mem;

       // 分配共享內存空間
       int mem_size = 1024;
       char* mem = new char[mem_size];
       shared_mem.buffer = mem;
       shared_mem.size = mem_size;

       // 進行讀操作
       memset(&operation, 0, sizeof(operation));
       operation.paramTypes = TEEC_PARAM_TYPES(
            TEEC_MEMREF_WHOLE,
            TEEC_NONE,
            TEEC_NONE,
            TEEC_NONE);
       operation.params[0].memref.parent = &shared_mem;
       result = TEEC_InvokeCommand(&sess, CMD_READ_DATA, &operation, &ret);
       if (result != TEEC_SUCCESS) {
           LOGD("TEEC_InvokeCommand failed with code 0x%x", result);
           goto out;
       }

       // 讀取共享內存數據
       char* buffer = (char *)shared_mem.buffer;
       int buffer_size = get_buffer_size(buffer);
       char* buffer_data = get_buffer_data(buffer);
       ... 
       // 操作完成，釋放內存
       out:
       delete[] mem;
       return ret;
   }

五、TEE與Android應用程序的交互

TEE 通過執行非安全 TAs（Trust Applications）來處理應用程序發起的請求。TA 是一個無法直接調用的庫文件，它可以加載到 TEE 並訪問 TEE 的安全功能。Android 應用程序可以通過 TEE 的 IPC 機制與 TA 進行交互。

在 Android 系統中，TA 可以是一個動態鏈接庫（.so 文件），它可以被 Android 應用程序調用。如果需要訪問諸如加解密之類的安全功能，需要使用 TEE 來實現。

   // 示例代碼
   #include 
   #include 

   int ta_send_cmd(uint32_t cmd, void *in_buf, uint32_t in_size, void *out_buf, uint32_t out_size)
   {
       ipc_msg_t msg = { 0 };
       ipc_msg_info_t msg_info = { 0 };
       int rc = -1;

       /* send message */
       msg.hdr.cmd = cmd;
       msg.hdr.num_out_objs = (out_size > 0) ? 1 : 0;
       msg.hdr.num_in_objs = (in_size > 0) ? 1 : 0;
       msg.data = in_buf;
       msg.len = in_size;
       if (ipc_send(trusty_channel, &msg) < 0) {
           LOGD("failed to send ipc message to %s\n", TA_NAME);
           return rc;
       }
       ......
   }

六、總結

通過 TEE，可以實現安全的數據和代碼處理，允許保存和共享客戶數據，確保其完整性和防止其被篡改或泄漏。Android 平台上的 TEE 有兩種實現方式，分別是 Global Platform Tee 和Trusty Tee。TEE 可以使用共享內存機制，實現客戶端和TEE之間的數據讀寫。此外，TEE 還支持通過 TA 和 Android 應用程序進行交互操作，進行安全保障。Tee 使得安全敏感的應用程序在 Android 平台上更加安全，讓企業和用戶能夠放心地使用。