Weaver

A camada de abstração de hardware (HAL, na sigla em inglês) do Weaver (IWeaver.aidl), introduzida no Android 8.1, oferece uma interface segura para autenticação do usuário com o fator de conhecimento da tela de bloqueio (LSKF, na sigla em inglês), como PIN, padrão e senha.

O Weaver substitui a funcionalidade de verificação de LSKF do Gatekeeper. No entanto, o Gatekeeper ainda é usado para gerar tokens de autenticação de hardware.

No Android 9 e versões mais recentes, o CDD 9.11.2 exige que os dispositivos com suporte ao StrongBox ofereçam hardware seguro dedicado que ofereça suporte à autenticação segura do usuário. A implementação da HAL do Weaver usando esse hardware seguro atende ao requisito de "autenticação segura do usuário".

Em dispositivos sem um elemento de segurança (SE, na sigla em inglês)dedicado, o Weaver ainda pode ser implementado em um ambiente de execução confiável (TEE, na sigla em inglês), como o Trusty.

No Android 17 e versões mais recentes, é altamente recomendável implementar o Weaver mesmo em dispositivos sem um Elemento de segurança dedicado.

Componentes

O Weaver consiste em três componentes:

  • Interface AIDL do Weaver (IWeaver): a especificação formal da HAL. O Android 13 e versões anteriores usavam HIDL em vez de AIDL.
  • Serviço da camada de abstração de hardware (HAL, na sigla em inglês) do Weaver: um processo do Android específico do fornecedor que implementa a interface IWeaver.
  • Aplicativo confiável (TA, na sigla em inglês) do Weaver: a lógica principal em execução em um ambiente seguro. Ele faz a verificação de LSKF e aplica a limitação de taxa. O serviço HAL se comunica com o TA usando um canal seguro específico da implementação.

Interface

A interface do Weaver apresenta uma matriz de tamanho fixo de slots persistentes, cada um contendo uma chave e um valor de tamanho fixo. Cada slot é identificado pelo ID, um número inteiro no intervalo [0, numSlots - 1]. O valor de um slot só pode ser acessado quando uma chave correspondente à chave armazenada é fornecida.

A interface do Weaver consiste principalmente em:

  • getConfig(): recupera o número de slots, o tamanho da chave e o tamanho do valor com suporte da implementação.
  • write(): substitui o slot especificado por um novo par de chave-valor. Essa operação é atômica e torna os dados anteriores permanentemente irrecuperáveis (exclusão segura).
  • read(): tenta recuperar o valor do slot especificado. Isso só é possível quando o tempo limite de limitação de taxa (aplicado pelo TA) não está ativo e a chave fornecida corresponde exatamente à chave armazenada.
  • warmUp(): no Android 17 e versões mais recentes, transmite uma dica de que uma leitura ou gravação pode ocorrer em breve.

Para a especificação completa da interface, consulte IWeaver.aidl.

Uso pelo Android

Quando uma implementação do Weaver está disponível, o LockSettingsService no servidor do sistema Android a usa para proteger os dados do usuário. Para cada usuário no dispositivo, o LockSettingsService gerencia um slot do Weaver:

  • Chave de slot (weaverKey): um hash do LSKF do usuário. Se o usuário não tiver um bloqueio de tela, uma string padrão será usada.
  • Valor do slot (weaverSecret): um segredo criptográfico de alta entropia, gerado aleatoriamente.

O weaverSecret foi projetado para ser recuperado apenas por:

  • Fornecer a weaverKey correta ao TA do Weaver na sua política de limitação de taxa.
  • Comprometer o ambiente seguro em que o TA do Weaver é executado. Isso é muito difícil.

O LockSettingsService usa weaverKey e weaverSecret para criptografar a senha sintética do usuário. Como a senha sintética protege o armazenamento criptografado por credenciais (CE, na sigla em inglês) do usuário para criptografia baseada em arquivos (FBE, na sigla em inglês) e as chaves vinculadas à autenticação do usuário no Android Keystore, os dados permanecem inacessíveis até que o Weaver libere o segredo.

No Android 17 e versões mais recentes, o LockSettingsService chama o método warmUp() do Weaver quando o LSKF começa a ser inserido. As implementações do Weaver podem usar esse sinal para fazer a transição do hardware seguro de um estado de baixa energia para reduzir a latência de uma solicitação read() futura.

Weaver x Gatekeeper

Historicamente, a HAL do Gatekeeper desempenhava duas funções distintas em uma única chamada verify():

  1. Verificação: verificação do LSKF, com limitação de taxa aplicada pelo TEE.
  2. Atestado: emissão de um HardwareAuthToken para notificar o KeyMint (anteriormente Keymaster) de que a autenticação LSKF foi bem-sucedida.

Por que a mudança para o Weaver?

Com a introdução de tokens de redefinição de senha seguros no Android 8.1, a "senha sintética" se tornou o segredo criptográfico principal. As duas funções descritas acima agora são processadas por registros separados do Gatekeeper, um para o LSKF em userId + 100000 e outro para a senha sintética em userId.

O Weaver foi introduzido para assumir a primeira função, usando uma interface HAL mais simples com suporte a implementações baseadas em elementos seguros (SEs, na sigla em inglês).

Recurso Weaver Gatekeeper
Exclusão segura A exclusão segura é necessária e fácil de implementar porque a interface usa um número fixo de slots de tamanho fixo. A exclusão segura não é necessária e é difícil de implementar porque a interface oferece suporte a um número ilimitado de registros.
Hardware Otimizado para SEs, mas também funciona em TEEs. Efetivamente apenas TEE. A implementação em um SE não oferece um benefício de segurança com o design atual.
Tratamento de Erros Códigos de erro mais claros Códigos de erro ambíguos. Como resultado, a tela de bloqueio não diferencia entre LSKFs incorretos e falhas não relacionadas.
Atomicidade O código em LockSettingsService que usa o Weaver executa mudanças de LSKF de forma atômica. Novos dados são gravados em um novo slot do Weaver, e o slot antigo é apagado apenas quando é seguro fazer isso. O código em LockSettingsService que usa o Gatekeeper não executa mudanças de LSKF de forma atômica. Todos os dados do usuário podem ser perdidos se algo der errado enquanto o LSKF estiver sendo alterado.

Código de referência

O AOSP contém duas implementações de referência do Weaver:

  • No Android 17 e versões mais recentes, system/weaver/ contém uma implementação do Weaver para ambientes seguros gerais.
  • No Android 8.1 e versões mais recentes, external/libese/ contém uma implementação do Weaver para elementos seguros compatíveis com ISO/IEC7816-4.

Teste

Para validar uma implementação do Weaver, use VtsHalWeaverTargetTest: 

atest VtsHalWeaverTargetTest

ou

vts-tradefed run vts -m VtsHalWeaverTargetTest