Authentication

Android에는 기기 잠금을 해제하고 암호화 키에 대한 액세스를 제한하는 데 사용되는 사용자 인증자 개념이 있습니다. 여기에는 다음 구성요소가 포함됩니다.

  • 암호화 키 저장소 및 서비스 제공업체: Android 키 저장소는 앱에 하드웨어 지원 암호화 서비스를 제공합니다. 프레임워크 수준의 Android 키 저장소 시스템은 keystore2 시스템 서비스에서 지원합니다. 이는 하드웨어 지원 보안 환경(예: 신뢰할 수 있는 실행 환경(TEE) 또는 보안 요소(SE))에서만 키 자료에 액세스할 수 있도록 하는 기본 공급업체별 Keymint(이전의 Keymaster) 구현을 기반으로 합니다.
  • 사용자 인증자: 사용자의 인증 성공을 증명합니다. Android는 다음과 같은 인증 구성요소를 지원합니다.
    • TEE의 PIN, 패턴 또는 비밀번호 인증을 위한 게이트키퍼
    • (선택사항) 보안 요소의 PIN, 패턴 또는 비밀번호 인증을 위한 위버
    • 지문 인증을 위한 지문
    • 기타 생체 인식 인증 방법 Android 9 이상이 기본으로 적용된 기기는 BiometricPrompt를 지문 및 추가 생체 인식을 위한 단일 통합 지점으로 사용할 수 있습니다.
    이러한 구성요소는 하드웨어 지원 인증 토큰(AuthToken)을 사용하여 인증 상태를 keystore2 서비스와 통신합니다 .

이러한 각 구성요소는 공급업체별이지만 공급업체 구현은 하드웨어 추상화 계층 (HAL) 인터페이스 사양을 충족하고 해당 공급업체 테스트 모음 (VTS) 테스트를 통과해야 합니다.

공급업체 구현은 일반적으로 공급업체별 통신 메커니즘으로 연결된 두 부분으로 나뉩니다.

  • HAL 서비스는 Android 시스템 프로세스로 실행되며 Android 시스템에서 바인더 요청을 수신합니다.
  • 신뢰할 수 있는 애플리케이션 (TA)은 안전한 환경에서 실행되어 실제 보안 작업을 실행합니다.

등록

초기화 이후에 기기가 처음 부팅되면 모든 인증이 사용자의 인증 정보 등록을 수신할 준비를 마칩니다. 사용자는 처음에 게이트키퍼 (또는 사용 가능한 경우 위버)에 PIN, 패턴 또는 비밀번호를 등록해야 합니다. 이 최초 등록 시 64비트 사용자 SID(보안 식별자)가 무작위로 생성됩니다. 사용자 SID는 사용자 ID, 그리고 사용자의 암호화 자료와 관련된 귀속 토큰으로 기능합니다. 이 사용자 SID는 사용자의 비밀번호에 암호화 방식으로 귀속됩니다. 게이트키퍼 인증에 성공하면 비밀번호의 사용자 SID를 포함하는 AuthToken이 결과물로 생성됩니다.

기존 사용자 인증 정보를 변경하려는 사용자는 해당 사용자 인증 정보를 제시해야 합니다. 기존 사용자 인증 정보가 성공적으로 확인되면 기존 사용자 인증 정보에 연결된 사용자 SID가 새 사용자 인증 정보로 전송되어 사용자는 사용자 인증 정보 변경 후에도 계속해서 키에 액세스할 수 있습니다.

경우에 따라 기기 관리자가 신뢰할 수 없는 등록을 실행하여 기존 사용자 인증 정보를 제시하지 않고 새 사용자 인증 정보를 등록할 수 있습니다. 이렇게 하면 사용자는 기기에 액세스할 수 있지만 기존 사용자 SID로 생성된 키는 영구적으로 손실됩니다.

인증

이 섹션에서는 Android와 보안 환경의 여러 구성요소 간의 상호작용이 포함된 일반적인 인증 흐름을 설명합니다. 모든 보안 구성요소는 서로의 메시지를 인증하는 데 사용하는 (부팅별) 보안 비밀 HMAC 키를 공유합니다.

사용자가 사용자 인증 정보를 설정하고 사용자 SID를 할당받은 후에는 인증을 시작할 수 있습니다. 이 과정은 사용자가 PIN, 패턴, 비밀번호, 지문 또는 기타 강력한 생체 인식을 제공하면 시작됩니다. 인증 흐름

그림 1. 인증 흐름

  1. 사용자가 인증 방법을 제공하고 관련 서비스에서 HAL 서비스에 요청합니다.
    • PIN, 패턴 또는 비밀번호의 경우 LockSettingsService에서 gatekeeperd에 요청합니다.
    • 생체 인식 기반 인증 흐름은 Android 버전에 따라 다릅니다. Android 8.x 이하를 실행하는 기기에서는 FingerprintService에서 fingerprintd에 요청합니다. Android 9 이상을 실행하는 기기에서는 FingerprintManager 또는 FaceManager와 같이 적절한 BiometricManager 클래스를 사용하여 BiometricPrompt에서 적합한 생체 인식 데몬에 요청합니다. 예를 들어 지문의 경우 fingerprintd 또는 얼굴의 경우 faced입니다. 버전과 상관없이 생체 인식 인증은 요청이 전송된 후 비동기식으로 발생합니다.
  2. HAL 서비스는 AuthToken을 생성하는 상응 요소인 TA에 데이터를 전송합니다.
    • PIN/패턴/비밀번호 인증의 경우 gatekeeperd는 게이트키퍼 HAL 서비스를 통해 PIN, 패턴 또는 비밀번호 해시를 TEE의 게이트키퍼 TA로 전송합니다. TEE의 인증이 성공하면 게이트키퍼 TA는 상응하는 사용자 SID(공유 HMAC 키로 서명됨)가 포함된 AuthToken을 내보냅니다.
    • 지문 인증의 경우 fingerprintd는 지문 이벤트를 수신 대기하고 지문 HAL을 통해 TEE의 지문 TA로 데이터를 전송합니다. TEE의 인증이 성공하면 지문 TA는 AuthToken HMAC 키로 서명된 AuthToken을 내보냅니다.
    • 다른 생체 인식 인증의 경우 적절한 생체 인식 데몬이 생체 인식 이벤트를 수신 대기하고 이를 적절한 생체 인식 HAL 서비스 및 TA로 전송합니다.
  3. 그 결과로 얻은 서명된 AuthToken은 바인더 인터페이스를 통해 keystore2 시스템 서비스로 전달됩니다.
  4. keystore2 서비스는 암호화 작업을 실행하도록 KeyMint (이전의 Keymaster)에 요청하는 AuthTokens를 연결합니다. KeyMint HAL 서비스는 이를 KeyMint TA에 전달하고, KeyMint TA는 게이트키퍼 및 지원되는 생체 인식 TEE 구성요소와 공유된 HMAC 키를 사용하여 이를 확인합니다. KeyMint는 토큰의 타임스탬프를 마지막 인증 시간으로 신뢰하고 타임스탬프를 기반으로 키 사용을 허용할지 결정합니다.

인증 흐름은 보안 환경에서 TA 간에 직접 통신할 필요가 없습니다. AuthTokens는 인증자 TA에서 Android의 keystore2 서비스로 전달되고 keystore2 서비스는 이를 KeyMint TA에 전달합니다. 또한 시스템에서 사용 가능한 AuthTokens에 관한 정보를 가지고 있으므로 keystore2 서비스에서 실패가 확실한 요청을 빠르게 거부하여 비용이 많이 드는 IPC를 TEE에 저장하지 않아도 됩니다.

AuthToken 형식

AuthToken의 형식은 HardwareAuthToken.aidl의 AIDL 사양에 의해 제공됩니다.

기기 부팅 흐름

기기가 부팅될 때마다 AuthToken HMAC 키를 생성하여 모든 TEE 구성요소 (게이트키퍼, KeyMint/Keymaster, 지원되는 생체 인식 TA)와 공유해야 합니다. 재전송 공격을 방지하려면 기기가 재부팅될 때마다 HMAC 키를 무작위로 생성해야 합니다.

TA가 이 공유 HMAC 키에 대한 액세스 권한을 얻는 일반적인 방법에는 두 가지가 있습니다.

  • 공유 비밀 협약: keystore2 서비스는 기기 시작 시 다중 경로 키 협약 프로토콜을 실행하여 참여하는 TA 간에 HMAC 키를 안전하게 파생할 수 있도록 합니다. 하지만 참여하는 TA는 공통 사전 공유 비밀에 액세스할 수 있어야 합니다.
  • 직접 액세스: 동일한 보안 환경에 있는 TA는 플랫폼에 종속된 내부 프로세스 간 통신 메커니즘을 사용하여 HMAC 키를 공유할 수 있습니다.

두 경우 모두 HMAC 키는 TEE 외부에서 사용 가능해서는 안 됩니다.

Android 옆에서 실행되는 Trusty 운영체제는 TEE의 한 예이지만 다른 TEE를 대신 사용할 수도 있습니다. Trusty는 내부 IPC 시스템을 사용하여 KeyMint와 게이트키퍼 또는 적절한 생체 인식 TA 간에 직접 통신합니다. HMAC 키는 KeyMint에만 보관됩니다. 지문 및 게이트키퍼는 사용 시마다 KeyMint에서 키를 요청하며 값을 유지하거나 캐시하지 않습니다.