Anahtar ve Kimlik Onayı

Anahtar deposu, kriptografik anahtarları kontrollü bir şekilde oluşturmak, depolamak ve kullanmak için daha güvenli bir yer sağlar. Donanım destekli anahtar depolama mevcut olduğunda ve kullanıldığında, anahtar materyali cihazdan çıkarılmaya karşı daha güvenlidir ve Keymaster, yıkılması zor kısıtlamalar uygular.

Ancak bu, yalnızca anahtar deposu anahtarlarının donanım destekli depolamada olduğu biliniyorsa geçerlidir. Keymaster 1'de, uygulamaların veya uzak sunucuların durumun böyle olup olmadığını güvenilir bir şekilde doğrulamasının bir yolu yoktu. Anahtar deposu arka plan programı, mevcut anahtar yöneticisi HAL'ı yükledi ve anahtarların donanım desteğiyle ilgili olarak HAL'ın söylediği her şeye inandı.

Bunu düzeltmek için Keymaster, Android 7.0'da (Keymaster 2)anahtar doğrulamasını ve Android 8.0'da (Keymaster 3) kimlik doğrulamasını tanıttı.

Anahtar doğrulama, asimetrik bir anahtar çiftinin donanım destekli olup olmadığını, anahtarın özelliklerinin neler olduğunu ve kullanımına hangi kısıtlamaların uygulandığını güçlü bir şekilde belirlemenin bir yolunu sağlamayı amaçlar.

Kimlik onayı, cihazın seri numarası veya IMEI gibi donanım tanımlayıcılarının kanıtını sağlamasına olanak tanır.

Anahtar tasdik

Anahtar doğrulamasını desteklemek için Android 7.1, HAL'a bir dizi etiket, tür ve yöntem getirdi.

Etiketler

• Tag::ATTESTATION_CHALLENGE
• Tag::INCLUDE_UNIQUE_ID
• Tag::RESET_SINCE_ID_ROTATION

Tip

Keymaster 2 ve altı

typedef struct {
    keymaster_blob_t* entries;
    size_t entry_count;
} keymaster_cert_chain_t;

AttestKey yöntemi

Keymaster 3

    attestKey(vec<uint8_t> keyToAttest, vec<KeyParameter> attestParams)
        generates(ErrorCode error, vec<vec<uint8_t>> certChain);

Keymaster 2 ve altı

keymaster_error_t (*attest_key)(const struct keymaster2_device* dev,
        const keymaster_key_blob_t* key_to_attest,
        const keymaster_key_param_set_t* attest_params,
        keymaster_cert_chain_t* cert_chain);

• dev keymaster cihaz yapısıdır.
• keyToAttest , kendisi için tasdikin oluşturulacağı generateKey döndürülen anahtar bloğudur.
• attestParams tasdik için gerekli tüm parametrelerin bir listesidir. Buna Tag::ATTESTATION_CHALLENGE ve muhtemelen Tag::RESET_SINCE_ID_ROTATION ve ayrıca Tag::APPLICATION_ID ve Tag::APPLICATION_DATA dahildir. Son ikisi, anahtar oluşturma sırasında belirtilmişlerse, anahtar bloğunun şifresini çözmek için gereklidir.
• certChain , bir sertifika dizisi döndüren çıktı parametresidir. Giriş 0, tasdik sertifikasıdır, yani keyToAttest gelen anahtarı onaylar ve tasdik uzantısını içerir.

attestKey yöntemi, herhangi bir zamanda çağrılabileceğinden ve yetkilendirme kısıtlamalarını karşılaması gerekmediğinden, onaylanmış anahtar üzerinde bir ortak anahtar işlemi olarak kabul edilir. Örneğin, tasdik edilen anahtarın kullanım için kullanıcı kimlik doğrulamasına ihtiyacı varsa, kullanıcı kimlik doğrulaması olmadan bir tasdik oluşturulabilir.

tasdik sertifikası

Tasdik sertifikası, tasdik edilen anahtarın açıklamasını içeren isteğe bağlı bir tasdik uzantısına sahip standart bir X.509 sertifikasıdır. Sertifika, onaylı bir tasdik anahtarıyla imzalanır. Tasdik anahtarı, tasdik edilen anahtardan farklı bir algoritma kullanabilir.

Tasdik sertifikası aşağıdaki tablodaki alanları içerir ve herhangi bir ek alan içeremez. Bazı alanlar sabit bir alan değeri belirtir. CTS testleri, sertifika içeriğinin tam olarak tanımlandığı gibi olduğunu doğrular.

Sertifika SIRASI

TBSCertificate SEQUENCE

Tasdik uzantısı

attestation uzantısı, Android ve keymaster HAL'de kullanılan yetkilendirme listelerine doğrudan karşılık gelen bir yapıda, anahtarla ilişkili keymaster yetkilerinin eksiksiz bir açıklamasını içerir. Yetkilendirme listesindeki her etiket, keymaster etiket numarasıyla açıkça etiketlenmiş, ancak tip tanımlayıcı (dört yüksek sıralı bit) maskelenmiş bir ASN.1 SEQUENCE girişi ile temsil edilir.

Örneğin, Keymaster 3'te Tag::PURPOSE type.hal'de ENUM_REP | 1 . Tasdik uzantısı için ENUM_REP değeri kaldırılır ve geriye etiket 1 kalır. (Keymaster 2 ve altı için KM_TAG_PURPOSE , keymaster_defs.h'de tanımlanmıştır.)

Değerler, bu tabloya göre basit bir şekilde ASN.1 türlerine çevrilir:

Şema

Tasdik uzantısı içeriği, aşağıdaki ASN.1 şemasıyla açıklanmaktadır.

KeyDescription ::= SEQUENCE {
  attestationVersion         INTEGER, # KM2 value is 1. KM3 value is 2. KM4 value is 3.
  attestationSecurityLevel   SecurityLevel,
  keymasterVersion           INTEGER,
  keymasterSecurityLevel     SecurityLevel,
  attestationChallenge       OCTET_STRING,
  uniqueId                   OCTET_STRING,
  softwareEnforced           AuthorizationList,
  teeEnforced                AuthorizationList,
}

SecurityLevel ::= ENUMERATED {
  Software                   (0),
  TrustedEnvironment         (1),
  StrongBox                  (2),
}

AuthorizationList ::= SEQUENCE {
  purpose                     [1] EXPLICIT SET OF INTEGER OPTIONAL,
  algorithm                   [2] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  keySize                     [3] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL.
  digest                      [5] EXPLICIT SET OF INTEGER OPTIONAL,
  padding                     [6] EXPLICIT SET OF INTEGER OPTIONAL,
  ecCurve                     [10] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  rsaPublicExponent           [200] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  rollbackResistance          [303] EXPLICIT NULL OPTIONAL, # KM4
  activeDateTime              [400] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL
  originationExpireDateTime   [401] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL
  usageExpireDateTime         [402] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL
  noAuthRequired              [503] EXPLICIT NULL OPTIONAL,
  userAuthType                [504] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  authTimeout                 [505] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  allowWhileOnBody            [506] EXPLICIT NULL OPTIONAL,
  trustedUserPresenceRequired [507] EXPLICIT NULL OPTIONAL, # KM4
  trustedConfirmationRequired [508] EXPLICIT NULL OPTIONAL, # KM4
  unlockedDeviceRequired      [509] EXPLICIT NULL OPTIONAL, # KM4
  allApplications             [600] EXPLICIT NULL OPTIONAL,
  applicationId               [601] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL,
  creationDateTime            [701] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  origin                      [702] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  rollbackResistant           [703] EXPLICIT NULL OPTIONAL, # KM2 and KM3 only.
  rootOfTrust                 [704] EXPLICIT RootOfTrust OPTIONAL,
  osVersion                   [705] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  osPatchLevel                [706] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL,
  attestationApplicationId    [709] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdBrand          [710] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdDevice         [711] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdProduct        [712] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdSerial         [713] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdImei           [714] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdMeid           [715] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdManufacturer   [716] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  attestationIdModel          [717] EXPLICIT OCTET_STRING OPTIONAL, # KM3
  vendorPatchLevel            [718] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL, # KM4
  bootPatchLevel              [719] EXPLICIT INTEGER OPTIONAL, # KM4
}

RootOfTrust ::= SEQUENCE {
  verifiedBootKey            OCTET_STRING,
  deviceLocked               BOOLEAN,
  verifiedBootState          VerifiedBootState,
  verifiedBootHash           OCTET_STRING, # KM4
}

VerifiedBootState ::= ENUMERATED {
  Verified                   (0),
  SelfSigned                 (1),
  Unverified                 (2),
  Failed                     (3),
}

KeyDescription alanları

keymasterVersion ve attestationChallenge alanları, etiket yerine konumsal olarak tanımlanır, bu nedenle kodlanmış formdaki etiketler yalnızca alan türünü belirtir. Kalan alanlar, şemada belirtildiği gibi dolaylı olarak etiketlenir.

Yetkilendirme Listesi alanları

AuthorizationList alanlarının tümü isteğe bağlıdır ve tür bitleri maskelenerek keymaster etiketi değeriyle tanımlanır. Açık etiketleme kullanılır, böylece alanlar ayrıca daha kolay ayrıştırma için ASN.1 türlerini belirten bir etiket içerir.

Her alanın değerleri hakkında ayrıntılar için, Keymaster 3 için types.hal ve Keymaster 2 için keymaster_defs.h ve aşağısına bakın. Keymaster etiket adları, KM_TAG ön eki atlanarak ve geri kalanı büyük/küçük harf olarak değiştirilerek alan adlarına dönüştürüldü, böylece Tag::KEY_SIZE keySize oldu.

RootOfTrust alanları

RootOfTrust Alanları konumsal olarak tanımlanır.

VerifiedBootState değerleri

verifiedBootState değerleri aşağıdaki anlamlara sahiptir:

Güvenlik Düzeyi değerleri

securityLevel değerleri aşağıdaki anlamlara sahiptir:

benzersiz kimlik

Benzersiz Kimlik, cihazı yalnızca sınırlı bir süre için tanımlayan 128 bitlik bir değerdir. Değer şu şekilde hesaplanır:

HMAC_SHA256(T || C || R, HBK)

Nerede:

• T , Tag::CREATION_DATETIME değerinin 2592000000'e bölünmesi ve kalanın çıkarılmasıyla hesaplanan "geçici sayaç değeri"dir. T her 30 günde bir değişir (2592000000 = 30 * 24 * 60 * 60 * 1000).
• C Tag::APPLICATION_ID değeridir
• R , attest_key çağrısının attest_params parametresinde Tag::RESET_SINCE_ID_ROTATION varsa 1 veya etiket yoksa 0'dır.
• HBK , Güvenilir Yürütme Ortamı tarafından bilinen ve asla ifşa edilmeyen, donanıma bağlı benzersiz bir sırdır. Sır, en az 128 bit entropi içerir ve bireysel cihaza özgüdür (128 bit entropi verildiğinde olasılıksal benzersizlik kabul edilebilir). HBK, HMAC veya AES_CMAC yoluyla birleştirilmiş anahtar malzemeden türetilmelidir.

HMAC_SHA256 çıkışını 128 bit olarak kısaltın.

Tasdik anahtarları ve sertifikaları

Bir RSA ve bir ECDSA olmak üzere iki anahtar ve karşılık gelen sertifika zincirleri, cihaza güvenli bir şekilde sağlanır.

Android 12, Uzaktan Anahtar Sağlama özelliğini sunar ve Android 13, cihazların bunu uygulamasını gerektirir. Remote Key Provisioning, sahadaki cihazlara uygulama başına ECDSA P256 tasdik sertifikaları sağlar. Bu sertifikalar, fabrika tarafından sağlanan sertifikalardan daha kısa ömürlüdür.

kimlik tasdik

Android 8.0, Keymaster 3'e sahip cihazlar için isteğe bağlı kimlik doğrulama desteği içerir. Kimlik doğrulama, cihazın seri numarası veya IMEI gibi donanım tanımlayıcılarının kanıtını sağlamasına olanak tanır. İsteğe bağlı bir özellik olmasına rağmen, tüm Keymaster 3 uygulamalarının bunu desteklemesi önemle tavsiye edilir çünkü cihazın kimliğini kanıtlayabilmek, gerçek sıfır dokunmalı uzaktan yapılandırma gibi kullanım durumlarının daha güvenli olmasını sağlar (çünkü uzak taraf emin olabilir) kimliğini taklit eden bir cihazla değil, doğru cihazla konuşuyor).

Kimlik doğrulaması, cihazın donanım tanımlayıcılarının, cihaz fabrikadan çıkmadan önce yalnızca Güvenilir Yürütme Ortamının (TEE) erişebileceği kopyalarını oluşturarak çalışır. Bir kullanıcı, cihazın önyükleyicisinin kilidini açabilir ve sistem yazılımını ve Android çerçeveleri tarafından bildirilen tanımlayıcıları değiştirebilir. TEE tarafından tutulan tanımlayıcıların kopyaları bu şekilde manipüle edilemez; bu, cihaz kimliği tasdikinin yalnızca cihazın orijinal donanım tanımlayıcılarını doğrulamasını sağlayarak sahtekarlık girişimlerini engeller.

Kimlik tasdiki için ana API yüzeyi, Keymaster 2 ile sunulan mevcut anahtar tasdik mekanizmasının üzerine kuruludur. Keymaster tarafından tutulan bir anahtar için tasdik sertifikası talep edilirken, arayan kişi cihazın donanım tanımlayıcılarının tasdik sertifikasının meta verilerine dahil edilmesini isteyebilir. Anahtar TEE'de tutulursa, sertifika bilinen bir güven köküne zincirlenir. Böyle bir sertifikanın alıcısı, donanım tanımlayıcıları da dahil olmak üzere sertifikanın ve içeriğinin TEE tarafından yazıldığını doğrulayabilir. Tasdik sertifikasına donanım tanımlayıcılarını dahil etmesi istendiğinde, TEE yalnızca deposunda tutulan, fabrika zemininde doldurulan tanımlayıcıları onaylar.

Depolama özellikleri

Cihazın tanımlayıcılarını tutan depolamanın şu özelliklere sahip olması gerekir:

• Cihazın orijinal tanımlayıcılarından türetilen değerler, cihaz fabrikadan çıkmadan önce depolamaya kopyalanır.
• destroyAttestationIds() yöntemi, tanımlayıcıdan türetilen verilerin bu kopyasını kalıcı olarak yok edebilir. Kalıcı imha, verilerin tamamen kaldırılması anlamına gelir, böylece ne fabrika ayarlarına sıfırlama ne de cihazda gerçekleştirilen başka herhangi bir prosedür verileri geri yükleyemez. Bu, özellikle bir kullanıcının önyükleyicinin kilidini açtığı ve sistem yazılımını değiştirdiği ve Android çerçeveleri tarafından döndürülen tanımlayıcıları değiştirdiği cihazlar için önemlidir.
• RMA tesisleri, donanım tanımlayıcıdan türetilmiş verilerin yeni kopyalarını oluşturma yeteneğine sahip olmalıdır. Bu sayede RMA'dan geçen bir cihaz yeniden ID tasdiki gerçekleştirebilir. RMA tesisleri tarafından kullanılan mekanizma, kullanıcıların sahte kimliklerin onaylarını almalarına izin vereceğinden, kullanıcıların kendileri başlatamayacakları şekilde korunmalıdır.
• TEE'deki Keymaster güvenilir uygulaması dışında hiçbir kod, depoda tutulan tanımlayıcıdan türetilmiş verileri okuyamaz.
• Depolama kurcalamaya karşı korumalıdır: Depolamanın içeriği değiştirilmişse, TEE ona içeriğin kopyaları yok edilmiş gibi davranır ve tüm kimlik doğrulama girişimlerini reddeder. Bu, depolamayı aşağıda açıklandığı gibi imzalayarak veya MAC yaparak uygulanır.
• Depolama, orijinal tanımlayıcıları tutmaz. Kimlik tasdiki bir meydan okuma içerdiğinden, arayan kişi her zaman tasdik edilecek tanımlayıcıları sağlar. TEE'nin yalnızca bunların başlangıçta sahip oldukları değerlerle eşleştiğini doğrulaması gerekir. Değerler yerine orijinal değerlerin güvenli karmalarının saklanması bu doğrulamayı sağlar.

Yapı

Yukarıda listelenen özelliklere sahip bir uygulama oluşturmak için, kimlikten türetilen değerleri aşağıdaki yapı S'de saklayın. Bir cihaz sahibinin kökleme yoluyla değiştirebileceği sistemdeki normal yerler dışında, kimlik değerlerinin diğer kopyalarını saklamayın:

S = D || HMAC(HBK, D)

Neresi:

• D = HMAC(HBK, ID 1 ) || HMAC(HBK, ID 2 ) || ... || HMAC(HBK, ID n )
• HMAC uygun bir güvenli karmaya sahip HMAC yapısıdır (SHA-256 önerilir)
• HBK başka herhangi bir amaç için kullanılmayan, donanıma bağlı bir anahtardır.
• ID 1 ...ID n orijinal ID değerleridir; Belirli bir değerin belirli bir dizinle ilişkilendirilmesi uygulamaya bağlıdır, çünkü farklı cihazlar farklı sayıda tanımlayıcıya sahip olacaktır.
• || birleştirme temsil eder

HMAC çıktıları sabit boyutta olduğundan, bireysel kimlik karmalarını veya D'nin HMAC'sini bulabilmek için herhangi bir başlık veya başka bir yapı gerekmez. Tasdik gerçekleştirmek için sağlanan değerleri kontrol etmenin yanı sıra, uygulamaların D'yi S'den çıkararak S'yi doğrulaması gerekir. , HMAC(HBK, D)'yi hesaplıyor ve hiçbir bireysel kimliğin değiştirilmediğini/bozulmadığını doğrulamak için bunu S'deki değerle karşılaştırıyor. Ayrıca uygulamalar, tüm bağımsız kimlik öğeleri ve S'nin doğrulanması için sabit zamanlı karşılaştırmalar kullanmalıdır. Karşılaştırma süresi, sağlanan kimlik sayısına ve testin herhangi bir bölümünün doğru eşleşmesine bakılmaksızın sabit olmalıdır.

Donanım tanımlayıcıları

Kimlik doğrulaması, aşağıdaki donanım tanımlayıcılarını destekler:

1. Android'de Build.BRAND tarafından döndürülen marka adı
2. Android'de Build.DEVICE tarafından döndürülen cihaz adı
3. Android'de Build.PRODUCT tarafından döndürülen ürün adı
4. Android'de Build.MANUFACTURER tarafından döndürülen üretici adı
5. Android'de Build.MODEL tarafından döndürülen model adı
6. Seri numarası
7. Tüm telsizlerin IMEI'leri
8. Tüm radyoların MEID'leri

Cihaz kimliği tasdikini desteklemek için bir cihaz bu tanımlayıcıları onaylar. Android çalıştıran tüm cihazlarda ilk altısı vardır ve bu özelliğin çalışması için gereklidirler. Cihazda tümleşik hücresel telsiz varsa, cihazın ayrıca telsizlerin IMEI'leri ve/veya MEID'leri için tasdiki desteklemesi gerekir.

Kimlik doğrulaması, bir anahtar doğrulaması gerçekleştirilerek ve talepte onaylanacak cihaz tanımlayıcıları dahil edilerek talep edilir. Tanımlayıcılar şu şekilde etiketlenir:

• ATTESTATION_ID_BRAND
• ATTESTATION_ID_DEVICE
• ATTESTATION_ID_PRODUCT
• ATTESTATION_ID_MANUFACTURER
• ATTESTATION_ID_MODEL
• ATTESTATION_ID_SERIAL
• ATTESTATION_ID_IMEI
• ATTESTATION_ID_MEID

Kanıtlanacak tanımlayıcı, UTF-8 kodlu bir bayt dizisidir. Bu biçim sayısal tanımlayıcılar için de geçerlidir. Onaylanacak her tanımlayıcı, UTF-8 kodlu bir dize olarak ifade edilir.

Cihaz kimlik doğrulamasını desteklemiyorsa (veya daha önce destroyAttestationIds() çağrılmışsa ve cihaz artık kimliklerini doğrulayamıyorsa), bu etiketlerden birini veya daha fazlasını içeren herhangi bir anahtar doğrulama isteği ErrorCode::CANNOT_ATTEST_IDS ile başarısız olur.

Cihaz, kimlik tasdikini destekliyorsa ve yukarıdaki etiketlerden biri veya daha fazlası bir anahtar tasdik talebine dahil edilmişse, TEE, etiketlerin her biriyle sağlanan tanımlayıcının, donanım tanımlayıcılarının kopyasıyla eşleştiğini doğrular. Bir veya daha fazla tanımlayıcı eşleşmezse, tüm doğrulama ErrorCode::CANNOT_ATTEST_IDS ile başarısız olur. Aynı etiketin birden fazla verilmesi için geçerlidir. Bu, örneğin IMEI'leri onaylarken yararlı olabilir: Bir cihazda birden çok IMEI'ye sahip birden çok telsiz olabilir. Her ATTESTATION_ID_IMEI ile sağlanan değer, cihazın telsizlerinden biriyle eşleşirse bir tasdik talebi geçerlidir. Aynısı diğer tüm etiketler için de geçerlidir.

Tasdik başarılı olursa, yukarıdaki şema kullanılarak, tasdikli kimlikler verilen tasdik sertifikasının tasdik uzantısına (OID 1.3.6.1.4.1.11129.2.1.17) eklenir. Keymaster 2 tasdik şemasındaki değişiklikler, yorumlarla birlikte kalın harflerle yazılmıştır.

Java API'sı

Bu bölüm yalnızca bilgilendirme amaçlıdır. Keymaster uygulayıcıları, Java API'yi ne uygular ne de kullanır. Bu, uygulayıcıların özelliğin uygulamalar tarafından nasıl kullanıldığını anlamalarına yardımcı olmak için sağlanmıştır. Sistem bileşenleri bunu farklı şekilde kullanabilir, bu nedenle bu bölümün normatif olarak değerlendirilmemesi çok önemlidir.

// Create KeyPairGenerator and set generation parameters for an ECDSA key pair
// using the NIST P-256 curve.  "Key1" is the key alias.
KeyPairGenerator keyPairGenerator = KeyPairGenerator.getInstance(
    KeyProperties.KEY_ALGORITHM_EC, "AndroidKeyStore");
keyPairGenerator.initialize(
    new KeyGenParameterSpec.Builder("Key1", KeyProperties.PURPOSE_SIGN)
         .setAlgorithmParameterSpec(new ECGenParameterSpec("secp256r1"))
         .setDigests(KeyProperties.DIGEST_SHA256,
                     KeyProperties.DIGEST_SHA384,
                     KeyProperties.DIGEST_SHA512)
         // Only permit the private key to be used if the user
         // authenticated within the last five minutes.
         .setUserAuthenticationRequired(true)
         .setUserAuthenticationValidityDurationSeconds(5 * 60)
         // Request an attestation with challenge "hello world".
         .setAttestationChallenge("hello world".getBytes("UTF-8"))
         .build());
// Generate the key pair. This will result in calls to both generate_key() and
// attest_key() at the keymaster2 HAL.
KeyPair keyPair = keyPairGenerator.generateKeyPair();
// Get the certificate chain
KeyStore keyStore = KeyStore.getInstance("AndroidKeyStore");
keyStore.load(null);
Certificate[] certs = keyStore.getCertificateChain("Key1");
// certs[0] is the attestation certificate. certs[1] signs certs[0], etc.,
// up to certs[certs.length - 1].