Binding versi

Di Keymaster 1, semua kunci keymaster terikat secara kriptografis ke Root of Trust perangkat, atau kunci Verified Boot. Di Keymaster 2 dan 3, semua kunci juga terikat dengan sistem operasi dan tingkat patch image sistem. Hal ini memastikan bahwa penyerang yang menemukan kelemahan dalam sistem versi lama atau software TEE tidak dapat melakukan roll back perangkat ke versi yang rentan dan menggunakan kunci yang dibuat dengan versi yang lebih baru. Selain itu, saat kunci dengan versi dan level patch tertentu digunakan di perangkat yang telah diupgrade ke versi atau level patch yang lebih baru, kunci akan diupgrade sebelum dapat digunakan, dan versi kunci sebelumnya akan dibatalkan validasinya. Dengan cara ini, saat perangkat diupgrade, tombol akan *ratchet* ke depan bersama dengan perangkat, tetapi reversi perangkat ke rilis sebelumnya akan menyebabkan tombol tidak dapat digunakan.

Untuk mendukung struktur modular Treble dan memisahkan binding system.img ke boot.img, Keymaster 4 mengubah model binding versi kunci agar memiliki tingkat patch terpisah untuk setiap partisi. Hal ini memungkinkan setiap partisi diupdate secara independen, sekaligus tetap memberikan perlindungan rollback.

Di Android 9, partisi boot, system, dan vendor masing-masing memiliki level patch sendiri.

  • Perangkat dengan Android Verified Boot (AVB) dapat menempatkan semua level patch dan versi sistem di vbmeta, sehingga bootloader dapat menyediakannya ke Keymaster. Untuk partisi berantai, info versi untuk partisi berada dalam vbmeta berantai. Secara umum, informasi versi harus berada di vbmeta struct yang berisi data verifikasi (hash atau hashtree) untuk partisi tertentu.
  • Di perangkat tanpa AVB:
    • Implementasi Verified Boot perlu memberikan hash metadata versi ke bootloader, sehingga bootloader dapat memberikan hash ke Keymaster.
    • boot.img dapat terus menyimpan level patch di header
    • system.img dapat terus menyimpan tingkat patch dan versi OS di properti hanya baca
    • vendor.img menyimpan tingkat patch di properti hanya baca ro.vendor.build.version.security_patch.
    • Bootloader dapat memberikan hash dari semua data yang divalidasi oleh booting terverifikasi ke keymaster.
  • Di Android 9, gunakan tag berikut untuk memberikan informasi versi untuk partisi berikut:
    • VENDOR_PATCH_LEVEL: Partisi vendor
    • BOOT_PATCH_LEVEL: Partisi boot
    • OS_PATCH_LEVEL dan OS_VERSION: Partisi system. (OS_VERSION dihapus dari header boot.img.
  • Implementasi Keymaster harus memperlakukan semua level patch secara terpisah. Kunci dapat digunakan jika semua info versi cocok dengan nilai yang terkait dengan kunci, dan IKeymaster::upgradeDevice() di-roll ke tingkat patch yang lebih tinggi jika diperlukan.

Perubahan HAL

Untuk mendukung binding versi dan pengesahan versi, Android 7.1 menambahkan tag Tag::OS_VERSION dan Tag::OS_PATCHLEVEL serta metode configure dan upgradeKey. Tag versi otomatis ditambahkan oleh implementasi Keymaster 2+ ke semua kunci yang baru dibuat (atau diperbarui). Selain itu, setiap upaya untuk menggunakan kunci yang tidak memiliki versi OS atau tingkat patch yang cocok dengan versi OS sistem atau tingkat patch saat ini, akan ditolak dengan ErrorCode::KEY_REQUIRES_UPGRADE.

Tag::OS_VERSION adalah nilai UINT yang mewakili bagian utama, minor, dan sub-minor dari versi sistem Android sebagai MMmmss, dengan MM adalah versi utama, mm adalah versi minor, dan ss adalah versi sub-minor. Misalnya, 6.1.2 akan direpresentasikan sebagai 060102.

Tag::OS_PATCHLEVEL adalah nilai UINT yang mewakili tahun dan bulan update terakhir ke sistem sebagai YYYYMM, dengan YYYY adalah tahun empat digit dan MM adalah bulan dua digit. Misalnya, Maret 2016 akan diwakili sebagai 201603.

UpgradeKey

Untuk mengizinkan kunci diupgrade ke versi OS baru dan tingkat patch image sistem, Android 7.1 menambahkan metode upgradeKey ke HAL:

Keymaster 3

    upgradeKey(vec keyBlobToUpgrade, vec upgradeParams)
        generates(ErrorCode error, vec upgradedKeyBlob);

Keymaster 2

keymaster_error_t (*upgrade_key)(const struct keymaster2_device* dev,
    const keymaster_key_blob_t* key_to_upgrade,
    const keymaster_key_param_set_t* upgrade_params,
    keymaster_key_blob_t* upgraded_key);
  • dev adalah struktur perangkat
  • keyBlobToUpgrade adalah kunci yang perlu diupgrade
  • upgradeParams adalah parameter yang diperlukan untuk mengupgrade kunci. Ini mencakup Tag::APPLICATION_ID dan Tag::APPLICATION_DATA, yang diperlukan untuk mendekripsi blob kunci, jika disediakan selama pembuatan.
  • upgradedKeyBlob adalah parameter output, yang digunakan untuk menampilkan blob kunci baru.

Jika upgradeKey dipanggil dengan blob kunci yang tidak dapat diuraikan atau tidak valid, ErrorCode::INVALID_KEY_BLOB akan ditampilkan. Jika dipanggil dengan kunci yang tingkat patch-nya lebih besar dari nilai sistem saat ini, kunci tersebut akan menampilkan ErrorCode::INVALID_ARGUMENT. Jika dipanggil dengan kunci yang versi OS-nya lebih besar dari nilai sistem saat ini, dan nilai sistem bukan nol, kunci tersebut akan menampilkan ErrorCode::INVALID_ARGUMENT. Upgrade versi OS dari bukan nol menjadi nol diizinkan. Jika terjadi error saat berkomunikasi dengan secure world, fungsi ini akan menampilkan nilai error yang sesuai (misalnya, ErrorCode::SECURE_HW_ACCESS_DENIED, ErrorCode::SECURE_HW_BUSY). Jika tidak, fungsi ini akan menampilkan ErrorCode::OK dan menampilkan blob kunci baru di upgradedKeyBlob.

keyBlobToUpgrade tetap valid setelah panggilan upgradeKey, dan secara teori dapat digunakan lagi jika perangkat didowngrade. Dalam praktiknya, keystore umumnya memanggil deleteKey pada blob keyBlobToUpgrade segera setelah panggilan ke upgradeKey. Jika keyBlobToUpgrade memiliki tag Tag::ROLLBACK_RESISTANT, upgradedKeyBlob juga harus memilikinya (dan harus tahan rollback).

Konfigurasi aman

Untuk menerapkan binding versi, TA keymaster memerlukan cara untuk menerima versi OS dan tingkat patch saat ini (informasi versi) dengan aman, dan untuk memastikan bahwa informasi yang diterima sangat cocok dengan informasi tentang sistem yang sedang berjalan.

Untuk mendukung pengiriman informasi versi yang aman ke TA, kolom OS_VERSION telah ditambahkan ke header image booting. Skrip build image booting akan otomatis mengisi kolom ini. OEM dan implementer TA keymaster harus bekerja sama untuk memodifikasi bootloader perangkat guna mengekstrak informasi versi dari image booting dan meneruskannya ke TA sebelum sistem yang tidak aman di-booting. Hal ini memastikan bahwa penyerang tidak dapat mengganggu penyediaan informasi versi ke TA.

Anda juga perlu memastikan bahwa image sistem memiliki informasi versi yang sama dengan image booting. Untuk itu, metode konfigurasi telah ditambahkan ke HAL keymaster: 

keymaster_error_t (*configure)(const struct keymaster2_device* dev,
  const keymaster_key_param_set_t* params);

Argumen params berisi Tag::OS_VERSION dan Tag::OS_PATCHLEVEL. Metode ini dipanggil oleh klien keymaster2 setelah membuka HAL, tetapi sebelum memanggil metode lain. Jika metode lain dipanggil sebelum mengonfigurasi, TA akan menampilkan ErrorCode::KEYMASTER_NOT_CONFIGURED.

Saat pertama kali dipanggil setelah perangkat melakukan booting, configure harus memverifikasi bahwa informasi versi yang diberikan cocok dengan yang diberikan oleh bootloader. Jika informasi versi tidak cocok, configure akan menampilkan ErrorCode::INVALID_ARGUMENT, dan semua metode keymaster lainnya akan terus menampilkan ErrorCode::KEYMASTER_NOT_CONFIGURED. Jika informasi cocok, configure akan menampilkan ErrorCode::OK, dan metode keymaster lainnya mulai berfungsi seperti biasa.

Panggilan berikutnya ke configure menampilkan nilai yang sama dengan yang ditampilkan oleh panggilan pertama, dan tidak mengubah status keymaster.

Karena configure dipanggil oleh sistem yang kontennya dimaksudkan untuk divalidasi, ada peluang sempit bagi penyerang untuk memperbarui image sistem dan memaksanya untuk memberikan informasi versi yang cocok dengan image booting, tetapi bukan versi sistem yang sebenarnya. Kombinasi verifikasi image booting, validasi dm-verity konten image sistem, dan fakta bahwa configure dipanggil sangat awal dalam booting sistem akan membuat peluang ini sulit dieksploitasi.