安卓阵营的安全架构历史：一直被“无视”的核心功能

　　虽然大家都知道硬件安全很重要，但它从来都没有获得过与其重要度匹配的关注度。而荣耀在1月10日发布的Magic V，除了新一代骁龙8移动平台和折叠屏，还重点宣传了很久没有进入公众视野的安全功能。

　　荣耀Magic V的官方宣传是“一个保险柜和两把锁”，搭载荣耀首款独立安全存储芯片，拥有独立于安卓操作系统之外的双TEE(可信执行环境)安全系统。其有隐私维修模式并能随时切换，可以远程锁定SIM卡，遭到恶意刷机后也会要求账号密码，即便物理破解存储芯片也无法读取个人数据等众多安全特性。

　　毫无疑问，智能手机就是普通民众能接触到，科技安全级别最高的产品。在智能手机就能提供极高安全性的今天，我们以最有代表性的高通为例，一起回顾一下Android阵营的安全架构历史。

　　ARM阵营的安全硬件演进

　　提到Android，自然离不开ARM指令集和高通。前者是移动世界的基石，后者是Android阵营SoC的代名词。从高通第一代骁龙S1问世至今，骁龙品牌走过了十四年，无论是骁龙S1到S4时期，还是“骁龙8XX”时期，高通骁龙一直都是Android旗舰的御用移动平台。高通骁龙平台持续强化的安全能力，是Android生态最重要的安全和隐私基础。

　　无论是桌面平台的TPM可信平台模块，还是移动端的安全芯片，一直追求的都是安全三要素：Confidenciality机密性、Integrity完整性、Availability可用性。而ARM阵营安全硬件近10年的演变，本身就是一部新功能高速发展和普及的历史。

　　“史前”的ARM v7指令集就引入了Security Extension概念，即CPU能够在“普通世界和安全世界”间切换，两个模式有独立的MMU内存管理单元，有用于隔离内存TZASC、用于隔离外设TZP和CCI总线，可以在不增加硬件成本的情况下为提供可信执行环境。

　　在ARM v8.x时代，又先后引进了一系列的安全特性：

　　●PAN和UAO(Privileged Execute Never和User Access Only)，一定程度把内核态程序和用户资源分隔开;

　　● PA(Pointer Authentication)和CFI(Control Flow Integrity)，防止跳转指针被修改，保证控制流完整性，防止ROP攻击;

　　●而下一个里程碑，是ARM v8.4在安全世界引入的hypervisor，软件层面支持多个TEEOS，安全级别高的支付业务可以跑在独立的TEEOS并于通用TEEOS隔离;

　　● ARM v8.5引入BTI(Branch Target Identifiers)和MT(Memory Tagging)，前者限制间接转跳，防JOP攻击，后者能标记内存区域，防止溢出和UAF漏洞;

　　● Arm v9(骁龙8 Gen 1这一代)提出了Arm CCA的概念，引入全新的“Realm机密领域”，生成对OS或虚拟机管理程序完全不透明的安全容器化的执行环境，保护正在使用的数据与代码，并缩短信任链。

　　高通骁龙的安全能力演进

　　当年骁龙845的元件示意图↑

　　从指令集往上，到达SoC这一层，高通几乎每代骁龙旗舰都会率先引入最新的安全功能，用户安全和隐私的保护措施在以军事竞赛式的速度升级：

　　●2015年的骁龙810引入SafeSwitch功能。在丢失手机后，可以远程锁机并轻松抹掉手机上的用户数据，而且SafeSwitch先于操作系统启动，让“简单刷机破账号”成为历史;

　　● 2016年的骁龙820引入了Smart Protect，后者是首款利用高通Zeroth技术的产品，具备机器学习功能。其基于签名的反恶意软件服务，能自动阻止已知恶意软件的运行，能实时监测手机的后台并做异常警告，最终达到零时差(Zero-Day)侦测病毒、恶意软件的效果，且能离线运行;

　　● 2017年骁龙835内置了Qualcomm Haven安全平台，包括内容保护、恶意软件检测、防盗、身份验证等4大方面。此时的Android旗舰已经可以让虹膜、人脸等敏感信息存放在SoC的TrustZone并与系统隔离。而与FIDO联盟、腾讯等厂商的合作，也为指纹和虹膜移动支付铺平了道路;

　　● 骁龙845则带来了独立安全处理单元，高通称之为“安全岛”。这个爆改过的Arm SC300，有自己的CPU内核、独立的电源供应和闪存，能将图像、指纹识别等用户生物信息、银行卡等金融信息独立存储，自带加密引擎，能防止篡改和重放攻击;

　　● 骁龙855是首款达到智能卡级别安全性的移动SoC，通过了Common Criteria EAL-4 +全球安全认证，可以省却OEM厂商外挂安全芯片的麻烦。其更强的SPU，能用于Android StrongBox和Gatekeeper等系统，可以支持离线支付、TPM、电子身份证、加密钱包等功能，并开始支持iSIM应用。

　　● 骁龙865首发支持当时Android系统最新的安全凭证API，并对ISP、DSP、存储分别做了安全优化，即使安装了恶意软件，数据也不会被复制到安全区以外。而新的高通传感器中枢，也能以极低的功耗提供安全防护。

　　●骁龙888则为移动端带来了全新的Type-1 Hypervisor支持，让手机可以启用同一个系统的多个实例，在进行数据的保护和隔离的同时，能在不同应用和多个操作系统间即时切换,，还能让Hypervisor应用数据完全与主要操作系统内的其他应用隔离。另外，其也支持Adobe的CAI数字验证标准，能为照片制作加密印记，用于验证数字内容的真实性。

　　全新一代骁龙8，全新的移动安全架构

　　全新一代骁龙8在2021骁龙技术峰会发布。发布会开头就紧贴热点，是元宇宙。5G、计算机视觉、头部/眼球/姿势追踪以及工具、3D重建、感知算法、情境语言理解/音频增强和创作支持，应有尽有。

　　而此时的骁龙，已经是包含50多个芯片组的完整平台，一切都要建立在安全的基础上。今年发布会，开场致辞之后第一个说的就是安全，从其排位比影像、AI、游戏都要靠前，就知道高通对安全特性的重视程度。

　　首先，上一代引入的深度保护层，现在面向合作伙伴和客户开源了，宣称将允许应用程序和服务与SoC的更多部件进行交流，从而在虚拟化环境提供更多特性。

　　高通也继续贯彻深度防御(Defense-In-Depth)策略，在Hypervisor之上再加了一个安全层——全新的信任管理引擎(Trust Management Engine)。其运行在Android系统和其他安全服务的管理程序层之下，即使高级别的软件堆栈受损，也能保护低级别数据的安全，并为应用和服务提供额外信任根(Root of Trust)。这个信任管理引擎甚至可以和云端等其他安全技术协同工作，通过云端的网站与应用信用评估，改变本地策略，对新风险第一时间做出反应，实现从芯片到云端的信任防护。

　　在高通宣称是保险库级别的安全配置下，新一代骁龙8成为全球首个符合Android Ready SE标准的移动平台。而后者是Google在2021年3月发起，用于SE安全芯片标准的研发和推广的联盟，目标上是通过开源的SE安全接口和程序，让手机、平板、汽车等智能设备可以用作住房钥匙、车钥匙、数字钱包/货币、电子驾照、护照使用，让更多的实体物品数字化。

　　全新一代骁龙8也是首个能让创作者直接在手机上铸造NFT“非同质化代币”的移动平台，可以为数字内容“盖印”并保存在区块链账簿。高通还与各国政府、通讯服务商建立连接安全场景，实现Stingray伪基站防护，提供恶意蜂窝网络识别，阻断其数据连接等功能。新骁龙8的安全处理单元SPU同样集成iSIM，只要应用厂商愿意，随时都可以代替物理SIM卡和卡槽来节省宝贵的机身空间。

　　另外，骁龙8可以在不录像和录音的情况下，完成全天候的视觉感知，它甚至可以检测到旁边的人偷看屏幕并自动锁屏。而加密性能的提升，也让骁龙8打破以前骁龙平台800MB/s的持续写入速度限制。

　　总结

　　虽然元宇宙还是当红概念，但每天数十亿台移动设备、数百亿次的应用调用、数千亿次的服务请求，手机对现代生活的重塑，其实早就让我们身处数字“元宇宙”当中。

　　移动支付、电子驾照、电子身份证的普及，上至VR/AR的未来，下至车钥匙、钱包、货币的数字化，数码生活还会继续下沉渗透。移动设备，特别是智能手机的安全功能，其重要性再怎么强调都不为过。

　　下游应用领域往前狂奔的基础，是高通这些上游供应商提前做好的安全硬件支撑。现代智能手机诞生的第12年，生物识别大规模应用的第8年，高通骁龙为代表的移动SoC，其软硬件安全功能已经在一轮轮的攻防战中得到了前所未有的增强。而全新一代骁龙8，也从TrustZone到Hypervisor，再到信任管理引擎、Android Ready SE标准和NFT的支持，让移动安全进入了新的阶段。

　　科技在被展望时是那么声势浩大，在实现时又是那么悄无声息。现在反过来看，智能设备底层的安全性问题，从来都没有获得过与其重要度匹配的关注度，这或许是件好事。无比低调，甚至很难被感知到，就是对众多强大安全特性最完美注脚。

　　(本文内容转自雷峰网)