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2018 TDOH conf

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1. The things behind OP-TEE 2018/09/29 la la land
2. id (uid=1000(la la land) gid=1000(la la land) groups=1000(la la land)) #北部回收業者 #肥宅 #無業游民 #來吃大食團 #交朋友 #kernel愛好者
3. 今天要講一個很OP的東西...
4. OP 鄉民用語?
5. OP-TEE ?? Open Portable Trusted Execution Environment
6. 執行於armv7/v8-A TrustZone環境的作業 系統核心
7. 生活中的TrustZone？？？
10. TrustZone的上層應用 • DRM (WideVine, PlayReady, DTCP-IP) • Secure key storage (dm-verify) • Mobile payments • Protected hardware (framebuffer, PIN entry) • Management of secure boot (via QFuses) • Kernel integrity monitoring (TIMA)
11. 先來講一些armv8-A和trustzone的故事...
12. ARM architecture
13. 玩家該注意的東西 - SoC • 常見OTT的SoC
14. armv8-A and TrustZone • Arm TrustZone 提供物理層級的隔離環境(non security/security world) ◦ 控制訪問各個IP的能力及限制DDR的存取權限 ◦ CPU內部暫存器也提供了權限的限制 • TrustZone/security world 有一套banked register + MMU • 定義 non security/security 中斷 (IRQ/FIQ) ◦ security 中斷只能被security 看到並處理 • 開機從security world開始 ◦ 建立trust chain • SCR (Secure Configuration Register) ◦ scr = 1 (non security), scr = 0 (security) • 一道新指令 : SMC (Secure Monitor Call) ◦ 觸發exception,讓CPU 能夠進入monitor • 定義了4個特權級 (EL0-3)
15. armv8-A 提供了物理層級的隔離環境: Trusted Execution Environment(TEE,trusted) Rich Execution Environment(REE,not trtusted)
16. armv8-A (EL, Exception Level)
17. Monitor mode • 總是執行於security world 的狀態,但是可以藉由SCR.NS去讀不同暫存器 ◦ case 1 : SCR.NS = 1,MMU還是會使用security 的ttbr0/ttbr1,但是你去讀取的會讀到 non security的ttbr0/ttbr1 ◦ case 2 : SCR.NS = 0,MMU還是會使用security 的ttbr0/ttbr1,你去讀取的會讀到non security的 ttbr0/ttbr1 • Monitor mode擁有最高執行權限,所以被設計來作為非安全/安全的一個閘道 ◦ 非安全狀態跟安全狀態的切換 (context switch) ◦ 讀取一些跟arm相關的狀態(PSCI,Power State Coordination Interface) ◦ arm自己有定義一套軟體 (ATF,arm trusted firmware)作為標準執行於monitor mode
18. arm 提供了安全防護標配 • ARM Trusted Firmware(ATF) • security boot flow
19. ARM Trusted Firmware • 提供標準的 EL3 firmware ◦ 目標所以有arm 64都支援 • 給各間IC設計公司參考 ◦ Power State Coordination Interface (PSCI) ◦ SMC Calling Convention ◦ Configuration of ARM hardware
20. • 標準的boot 流程,可是實際產品 都會跟這有差別
21. • 現代SoC內基本都不 只一顆CPU...
22. armv8文件 1. ARM® Architecture Reference Manual ARMv8, for ARMv8-A architecture profile 2. ARM® Cortex® -A53 MPCore Processor Revision: Technical Reference Manual 3. ARM® Cortex® -A Series Version: 1.0 Programmer’s Guide for ARMv8-A 4. ARM Security Technology Building a Secure System using TrustZone® Technology 5. ARM® Generic Interrupt Controller Architecture version 2.0 Architecture Specification 6. CoreLink™ GIC-400 Generic Interrupt Controller Revision: r0p0 Technical Reference Manual
23. 開始介紹今天主角OP-TEE
24. OP-TEE • open source的TEE - (BSD 2-Clause) • 最新版本v3.2,可是今天主要講的是v2.4 • 實作GlobalPlatform API ◦ 1999創立定義smart card標準的一個組織 ◦ 定義一些行動裝置安全的標準 ◦ 定義TEE並訂出API ▪ TEE Client API Specification v1.0 July 2010 ▪ TEE Internal API Specification v1.0 Dec 2011 • Internal Core API v1.1 June 2014 • 最早2007由ST開發,現在是linaro 接管,使用github平台來管理所有程式碼
25. OP-TEE • 目前mainline kernel已經有 OP-TEE的driver(4.12時整合完成) • Android(AOSP)也已經跟OP-TEE 整合完成 • 支援的平台很多 • 算是比較堪用的TEE kernel
26. Hello World • 一個hello world包含兩部份 CA/TA ◦ Client Application (CA) - GlobalPlatform TEE Client API ◦ Trusted Application (TA) - GlobalPlatform TEE Internal Core API • CA就是一般linux app • TA就是一個static link的pie ELF執行檔(包含header)
27. Hello World 結構 ta結構 : header + ELF 檔案
28. Key Concepts Context: Connection from CA to the Trusted OS. Session: Connection from CA to TA. Command: Unit of Communication from CA to TA. Shared Memory: Shared buffers allocated by Client API or by CA and registered.
29. initiation & open session res = TEEC_InitializeContext(NULL, &ctx); if (res != TEEC_SUCCESS) errx(1, "TEEC_InitializeContext failed with code 0x%x", res); res = TEEC_OpenSession(&ctx, &sess, &uuid,TEEC_LOGIN_PUBLIC, NULL, NULL, &err_origin); if (res != TEEC_SUCCESS) errx(1, "TEEC_Opensession failed with code 0x%x origin 0x%x", res, err_origin);
30. ta 載入流程
31. invoke op.paramTypes = TEEC_PARAM_TYPES(TEEC_VALUE_INOUT, TEEC_NONE,TEEC_NONE, TEEC_NONE); op.params[0].value.a = 42; printf("Invoking TA to increment %d\n", op.params[0].value.a); res = TEEC_InvokeCommand(&sess,TA_HELLO_WORLD_CMD_INC_VALUE, &op,&err_origin); if (res != TEEC_SUCCESS) errx(1, "TEEC_InvokeCommand failed with code 0x%x origin 0x%x",res, err_origin);
32. close session and finalize TEEC_CloseSession(&sess); TEEC_FinalizeContext(&ctx);
33. 滿滿的TAT https://github.com/OP-TEE/optee_test/tree/master/ta
34. 如果..今天想要自幹一個security OS...
36. OP-TEE internal • Secure Monitor Calls - SMC • Thread handling • Virtual memory, MMU • Scheduler • File system(Secure Storage) • Trusted Applications • Interrupt
37. Secure Monitor Calls - SMC
38. SMC整個處理流程 1. 觸發SMC指令並傳遞參數 2. 保存normal world的暫存器(gp_registers及sys_registers, BL31) 3. 進入OPTEE的handler (OP-TEE會註冊一個callback在BL31) 4. 恢復secure EL1的暫存器(gp_registers及sys_registers, BL31) 5. eret
40. Virtual memory , MMU • OP-TEE有使用virtual memory的概念,也有pager的概念,可是這裡探討的是沒開 pager的 virtual memory • OP-TEE core - ttbr1 (section mapping,1MB page) • Threads - ttbr0 (page mapping,4K page,2level)
41. memory map • register_phys_mem (core/arch/arm/mm/core_mmu.c) 用於註冊memory • init_mem_map : 開機時會填 page table
42. What’s Virtual memory • Virtual address(VA) -> MMU -> physical address(PA) • thread的VA可以相同只要page table有管理好即可 ◦ thread使用4k page (2level) • OP-TEE core也有VA->PA可是使用flat mapping所以VA跟PA相同可是還是要 經過MMU ◦ OP-TEE core 使用1MB page
43. page table thread OP-TEE core thread
44. Scheduler OP-TEE does not have its own scheduler, instead it is being scheduled by Linux kernel.
45. File system(Secure Storage)
46. Trusted Applications • Pseudo Trusted Applications (pta) ◦ 類似系統特殊服務角色,不需透過GP API 跟OPTEE編譯在一起 ◦ https://github.com/OP-TEE/optee_os/tree/master/core/arch/arm/pta ▪ (內建的範例) • User Mode Trusted Applications (dynamic ta) ◦ 一般TA,根據應用自己撰寫
47. Interrupt OP-TEE定義兩種interrupt • arm gic 可以配置security interrupt/non security interrupt ◦ 一般我們3C裝置使用的是gicv2, gicv3的設計很不同 • Native interrupt ◦ 在optee本地處理的(security interrupt) • Foreign interrupt ◦ 不被optee處理的中斷(non security interrupt)
48. Interrupt • case 1 : normal interrupt發生在linux ◦ linux kernel ISR處理掉 • case 2: normal interrupt 發生再OP-TEE ◦ optee -> bl31->linux處理 ->bl31->optee • case 3: security interrutp發生在linux ◦ bl31->optee->bl31->linux • case 4:security interrutp發生在OP-TEE ◦ OP-TEE ISR處理掉 normal (case 2) secruity (case 4) secruity (case 3) normal (case 1)
49. case 2 ： Foreign interrupt
50. 如何把玩OP-TEE • 支持的平台非常多,如果想一次到位, 推荐HiKey960, 低價方案推荐Allwinner A64 Pine64 Board/Raspberry Pi 3 • 單純想玩玩可以使用 QEMU,建議研究QEMUv8版本 ◦ repo init -u https://github.com/OP-TEE/manifest.git -m qemu_v8.xml ◦ repo sync ◦ cd build ◦ make -f qemu_v8.mk run -j4
52. Any questions?