Доверенная вычислительная среда

Впервые термин TEE был введён консорциумом Open Mobile Terminal Platform (OMTP) в стандарте «Advanced Trusted Environment: OMTP TR1», где TEE определялась как «совокупность аппаратных и программных компонентов, предоставляющая необходимые функции для работы приложений», причём оговаривался уровень безопасности — только от программных атак (Профиль 1) либо как от программных, так и от физических атак (Профиль 2)^[4].

Позднее на базе технологии TrustZone от ARM появились коммерческие решения TEE, соответствующие TR1, такие как Trusted Foundations от Trusted Logic^[5].

Работа над стандартами OMTP завершилась в 2010 году, когда организация интегрировалась в Wholesale Applications Community (WAC)^[6].

Документация OMTP, включая определения TEE, в дальнейшем была размещена у GSMA^[7].

TEE, как правило, представляет собой аппаратный механизм изоляции и специальную защищённую операционную систему, хотя иногда понятие трактуется шире — «как любое защищённое решение» (в том числе и программное)^{[8][9][10][11]}. В то время как спецификация GlobalPlatform требует аппаратной изоляции, другие организации, такие как EMVCo, допускают как аппаратные, так и программные решения^[12]. FIDO использует концепцию TEE в ограниченных средах функционирования доверенных устройств на базе аппаратной изоляции^[13]. Только доверенные приложения в TEE имеют доступ ко всем возможностям процессора, периферии и памяти устройства, при этом аппаратная изоляция защищает эти ресурсы от пользовательских приложений на основной ОС. Защита между доверенными приложениями внутри TEE обеспечивается программными и криптографическими средствами^[14].

К стандартам TEE причастны поставщики услуг, мобильные операторы (MNO), разработчики ОС и приложений, производители устройств и платформ, а также чипмейкеры.

Для предотвращения имитации аппаратных функций пользовательским ПО используются механизмы «аппаратного корня доверия» — набор приватных ключей, внедряемых в чип на этапе производства, обычно с использованием одноразовой памяти (eFuse), что делает невозможным их замену даже после сброса устройства. Открытая часть ключей хранится у производителя вместе с хэшем публичного ключа доверенного лица (обычно производителя чипов), который применяется для подписи доверенной прошивки и контроля операций с криптографией.

Доступ к привилегированным функциям осуществляется только для программ, подписанных ключом поставщика. При запуске открытый ключ сверяется с эталонным хэшем в чипе, и, если хэши совпадают, его используют для проверки цифровой подписи контролируемой производителем прошивки (например, цепочки загрузчиков в Android или «архитектурных анклавов» в SGX). Такая прошивка нужна для реализации механизма удалённого засвидетельствования («remote attestation»)^[15].

При засвидетельствовании приложение загружает доверенный компонент в память, защищённый аппаратно от модифицируемых недоверенных частей. Сервер-верификатор выдаёт не-дубликатируемое случайное число (nonce), используемое в протоколе аутентификации, подтверждающем целостность и подлинность приложения. Создать такое подтверждение невозможно на имитируемом оборудовании (QEMU), так как ключи доступны только доверенной прошивке^[16].

Реальное извлечение ключей требует сложного и дорогостоящего оборудования и навыков, например, сканирующего электронного микроскопа, микрозондирования, декапсуляции чипа, focused ion beam и проч.^{[17][18][19][20]} В хорошо спроектированных устройствах вскрытие приводит к уничтожению ключа, поэтому извлечённые значения недоступны повторно; чаще всего ключи уникальны для каждого чипа (например, физически неклонируемые функции)^[21].

Хотя в архитектуре TEE возможно обеспечение контроля устройства только его владельцем (например, путём записи собственного ключа в e-fuse), на практике крупные производители электроники реализуют схемы, при которых реальный контроль и допуск к алгоритмам засвидетельствования принадлежит вендору. Это позволяет коммерциализировать рынок доступа к TEE, реализовать такие модели, как монетизация через антифункции (реклама, сбор статистики, искусственное ограничение функций), tivoization и DRM.

TEE используется в различных целях, хотя большинство из них связано именно с ограничением управления устройством его владельцем.

Многие публикации по TEE рассматривают вопросы защиты премиального контента, что является предпочтительным обозначением для правообладателей. Эта задача представляет частный случай DRM и вызывает споры в некоторых сообществах, таких как Фонд свободного программного обеспечения (FSF)^[22]. Такой подход даёт возможность ограничить способы использования контента (например, 4К-видео) конечным пользователем на смартфонах, планшетах и телевизорах благодаря невозможности доступа владельца устройства к защищённым данным и прямым аппаратным каналам между TEE и экранами или подсистемами вывода.

TEE применяется для защиты расшифрованных данных на устройстве: если при передаче видео и аудио используется внешнее шифрование, то именно TEE гарантирует, что после расшифровки контент не попадёт во внешнюю среду или к программам, не одобренным поставщиком.

Мобильные приложения, такие как кошельки, P2P-платежи, бесконтактная оплата и торговые терминалы, предъявляют особые требования к безопасности. Для защиты финансовых операций используется TEE, в том числе совместно с NFC, безопасными элементами (SE) и защищёнными серверными системами.

В ряде сценариев необходимо взаимодействие с пользователем и ввод чувствительных данных (PIN-код, пароль, биометрия), для чего TEE может предоставлять доверенный пользовательский интерфейс.

С ростом числа криптовалют TEE применяют также для реализации крипто-кошельков, обеспечивая аппаратную защиту токенов и необходимых вычислений^[23].

TEE подходит для поддержки биометрических систем аутентификации — распознавания лиц, отпечатков пальцев, голосового подтверждения, позволяя хранить шаблонные данные для сравнения с текущим «снимком» (отпечаток, образец голоса), а также запускать сопоставляющий механизм непосредственно внутри доверенного окружения.

Такой подход надёжно изолирует биометрические данные от пользовательских приложений и может соответствовать высоким стандартам безопасности операторов связи при низкой себестоимости устройств.

Государственные структуры, корпорации и облачные сервисы используют TEE для обработки конфиденциальных данных на мобильных устройствах и серверах. TEE защищает от атак на программном уровне, изолируя доверенные приложения от основной ОС и вредоносных программ. Это особенно важно при модели BYOD (bring your own device) и в корпоративных облачных инфраструктурах.

Рост использования повторяемых программных модулей стимулирует переход к модульной архитектуре: независимые модули взаимодействуют друг с другом, а TEE обеспечивает изоляцию, надёжность и защищённую коммуникацию между ними (например, через сериализацию объектов и прокси-сервисы).

Для реализации TEE применяются следующие аппаратные технологии:

• AMD:
  • Процессор безопасности платформы AMD (PSP)^[37][38][39]
  • AMD Secure Encrypted Virtualization (SEV)^[40] и расширение Secure Nested Paging^[41]
• ARM:
  • TrustZone^[42]
  • Realm Management Extension / Confidential Compute Architecture (CCA)
• IBM:
  • IBM Secure Service Container^[43], ранее zACI, введённый в IBM z13
  • IBM Secure Execution^[44]
• Intel:
  • Intel Management Engine
    • Trusted Execution Technology (TXT)
    • Software Guard Extensions (SGX)^[45]
    • «Silent Lake» (Atom)
• RISC-V:
  • Keystone Customizable TEE Framework^[46][47]