安全功能

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加密技术

• 具有基于直接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（qcrypto）提供独立于可信应用程序的硬件加密访问。
• Qualcomm TEE 为可信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需求
• 每个加密流可有多个 AES 核心
• 提供 32 个软件可配置密钥
• 支持启用对称和非对称操作
• 支持 emmc 和 ufs 存储变体。
• 默认配置下使用标准密钥。
• 包裹密钥支持可通过 module_param(use_wrapped_keys) 配置。

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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 Cryptographic Token Interface Base Specification
• PKCS #11 Cryptographic Token Interface Usage Guide

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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；不支持多种旧格式、专用 RSA 模式以及基于 SHA3 的 RSA 组合。
• 椭圆曲线支持对于较新的 PKCS#11 v3.0 功能（如 Edwards/Montgomery 曲线、EdDSA、XEdDSA 以及高级 EC 派生/KDF 变体）不完整。
• 不支持基于 SHA3 的机制，如摘要、HMAC、密钥派生及相关签名组合。
• 不支持高级 AES 模式，如 AES-OFB、AES-CFB、AES-XTS、AES-CCM、AES-GMAC 以及某些 AES MAC 变体。
• 多种对称 MAC 和带密钥哈希变体不完整，尤其是基于 SHA3 的机制和某些通用长度机制。
• 不支持协议特定和专用机制，如 SSL/TLS/WTLS、PBE、HKDF、ChaCha20/Poly1305、Salsa20/Poly1305 及类似的高级机制。
• 某些机制仅部分支持或因后端/QTEE GP 限制而被阻止，包括 ECDSA 和某些 EC 相关测试流程

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观看安全启动技术视频

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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。此过程由设备执行。
• 防止任何未经授权或被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 如何认证镜像，如 Linux 镜像、操作系统加载器（uki.efi）、systemd boot（bootaa64.efi）和设备树 blob（DTB）镜像文件。
• 确保镜像仅在由有效授权用户签名时才被加载。此过程还确保了在基于 UEFI 固件的系统上运行的 Qualcomm Linux 的安全性和完整性。

• 验证 UEFI 加载镜像的完整性和安全性，确保其以经批准的方式加载。
• 管理由 UEFI 安全启动认证变量定义的 Qualcomm Linux 安全策略，其中包括：
  • 平台密钥（PK）
  • 密钥交换密钥（KEK）
  • 允许数据库（dB）
  • 禁止数据库（DBX）（本版本不支持。）

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存储安全

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SFS

• 为每个可信应用程序提供加密密钥，以确保文件的机密性。
• 为每个可信应用程序提供 HMAC 密钥，以验证文件的完整性。

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RPMB

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存储加密

• 提供 32 字节到 64 字节的标准密钥用于内容加密
• 提供用于内容加密的包裹密钥
• 使用不同的密钥加密文件名和文件内容
• 生成 32 字节的密钥标识符

• Inline encryption
• 用于存储加密的 I/O 控制（IOCTL）支持

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QCOMTEE 驱动

• 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：使用在 Linux TEE 子系统中注册的 QCOM-TEE 驱动，提供与 Qualcomm TEE 通信的接口。它支持用户空间客户端使用 Linux TEE 子系统的 TEE_IOC_OBJECT_INVOKE IOCTL 与 Qualcomm TEE 进行通用的基于对象的 IPC。

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访问控制

• Qualcomm 访问控制使用外部保护单元（xPU）控制从次级侧对寄存器、固定地址和动态内存区域的访问。
• 系统内存管理单元（SMMU）控制从主侧的访问，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 控制从次级侧的访问。
   • xPU 是由多个称为保护单元的安全模块组成的组合。它基于一组可编程访问控制寄存器允许有条件的访问。
   • 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，包括旨在防止访问付费视频的内容保护区（CPZ）。
   • 它通过 SMMU 经由第二阶段页表配置主侧的访问控制。
   • 它管理 stage-2 映射，以保护所有主域（Linux、显示、GPU 和视频）中的资产。Linux 内核管理 stage-1 映射，以保护以用户权限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）拥有完全控制权，可以更新或修改数据。
  • 某些应用程序（具有 root 权限）可以覆盖此控制。某些资源（如套接字）不受检查。
  • 访问控制基于用户和组身份，粒度有限。例如，文件模式 –rwxr-xr-x-。
• MAC
  • 系统级安全策略决定所有进程、对象和操作的 Linux 访问控制。
  • 该策略可以约束有缺陷和恶意的应用程序或不谨慎的用户。它甚至可以防止用户提升权限，如 root 或 UID 0。
  • MAC 为访问控制提供更细的粒度，允许通过更具体的控制访问除文件之外的更多资源。例如，取消链接、仅追加或移动文件。

• Enforcing 模式（默认）：在此模式下，SEPolicy 在系统上强制执行。如果运行软件时不满足 SEPolicy 规则，访问将被阻止。内核会将尝试的访问违规作为访问向量缓存（AVC）拒绝消息记录到 dmesg、journalctl 和 /var/log/audit/audit.log。
• Permissive 模式：在此模式下，SEPolicy 不在系统上强制执行。所有拒绝都会记录到 dmesg、journalctl 和 /var/log/audit/audit.log 日志中，但不会禁止进程或软件的访问。
• Disable 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，其中包含用于启用 SELinux 所需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
  • 以补丁形式提供的上游服务策略
  • 用于管理 Qualcomm 策略编译的配方

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Refpolicy

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观看 Qualcomm Type-1 Hypervisor 和可信执行环境视频

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Qualcomm TEE

• 安全
• 非安全

• 从硬件保护的内存中运行
• 支持安全模块（如加密引擎、PRNG、内联加密引擎和外部保护单元（xPU））的功耗折叠
• 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
• 支持运行可信应用程序
• 支持熔丝管理

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可信应用程序

• 支持可信应用程序在安全世界的 EL0 中运行
• 为可信应用程序提供沙箱环境
• 可信应用程序的位置无关加载
• 不同可信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栈破坏。
• Fpie 标志启用位置无关代码，允许在随机化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 标志使滥用二进制全局偏移表变得更加困难。

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Qualcomm Wireless Edge Services

• 功能许可支持由功能 ID 和别名功能名称标识的设备功能。通过安装相应的功能许可证或证书来启用这些功能。
• 设备认证提供描述设备及其软件安全状态的经加密签名和加密的数据项。这些数据项对风险引擎和其他类似应用程序非常有用。
• 安全配置支持生成和使用由设备唯一密钥保护的加密密钥。这些密钥用于：
  • 在售后通过空中下载（OTA）方式安全地向设备配置数据。
  • 在设备上签名数据。

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分立式可信平台模块

• TPM 2.0 合规性：全面支持 TPM 2.0 标准。
• 安全存储：为加密密钥和敏感资产提供硬件支持的保护。
• 开源软件栈：与 TPM2 软件栈（TSS、tpm2-tools、tpm2-abrmd、tpm2-tss-engine、tpm2-pkcs11）集成。
• Linux 内核支持：TPM 2.0 的上游驱动（SPI 接口）。

• 安全启动和度量启动
• 用于加密操作的密钥管理
• 工业 IoT 的平台认证
• 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，如果启动后不存在 /dev/tpm0 和 /dev/tpmrm0 设备节点，请执行以下命令并重启系统：

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

这可确保 tpm_tis_spi 模块在启动期间自动加载，从而启用 TPM 设备节点。

• 硬件接口：dTPM 通过 SPI 连接，复位由 GPIO 控制。
• 设备树支持：硬件检测仅需要设备树更改；无需修改内核驱动。
• 软件栈：基于 Yocto 的 Linux 发行版包含完整的 TPM2 软件栈（例如 tpm2-tss 和 tpm2-tools）。
• 虚拟化支持：支持多虚拟机（KVM）配置，可为客户机虚拟机提供 dTPM 资源管理器直通。
• 平台特定性：并非所有 Qualcomm SoC 都默认启用 dTPM；它面向需要工业级安全和度量启动的平台。
• 可用性：TPM2 软件栈已包含在受支持平台的 QC Linux Yocto 层中。

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软件栈

• Yocto 层：TPM 用户空间栈（例如 tpm2-tss、tpm2-tools）通过专用配方启用。
• 内核驱动：使用上游 TPM 驱动；硬件启动仅需最小的更改。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 & TSS2 Software。

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硬件集成

• SPI 接口：TPM 通过 SPI 线路（例如 SPI11）连接，复位由专用 GPIO 控制。
• 设备树配置：通过向设备树添加 TPM 节点来启用 TPM 支持，允许开源 TPM 驱动探测硬件。
• 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 和用于用户空间交互的加密引擎等组件。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，以支持度量启动和平台认证。
• Linux 内核集成：依赖位于 build-qcom-wayland/workspace/<linux_kernel_recipe>/drivers/char/tpm 的上游 TPM 驱动。

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软件启用

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内核

• TPM 驱动支持：使用上游 Linux 内核 TPM 驱动；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 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）、密钥管理和度量启动的测试。
• tpm2-tss 和 tpm2-tools 软件包中提供单元测试，用于验证 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 工具包。
  • 请参阅 tpm2-tools git.X。
  • 请参阅 tpm2-software/tpm2-tools。
• 以 permissive 模式启用安全外壳（SSH），以安全访问你的主机设备。
  • 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. 从主机上的另一个终端复制 TPM2 工具包。
   scp /path/to/tpm2-tools_5.4-r0_armv8-2a.ipk root@<device-ip-address>:/data/
   
4. 安装 TPM2 工具。
   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
      
      查看加密后的数据。
   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. 对文件进行哈希
      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。
• 要了解安全工具以及如何将其集成到你的工作流程中，请参阅安全工具。