การเชื่อมโยงเวอร์ชัน

ใน Keymaster 1 คีย์ Keymaster ทั้งหมดมีการเชื่อมโยงแบบเข้ารหัสกับอุปกรณ์ รูทของความน่าเชื่อถือ หรือคีย์การเปิดเครื่องที่ได้รับการยืนยัน ใน Keymaster 2 และ 3 ทั้งหมด คีย์จะเชื่อมโยงกับระบบปฏิบัติการและระดับแพตช์ของอิมเมจระบบด้วย ซึ่งทำให้มั่นใจว่าผู้โจมตีที่ค้นพบจุดอ่อนใน เวอร์ชันของซอฟต์แวร์ TEE ของระบบหรือ TEE ต้องไม่ย้อนกลับไปยังช่องโหว่ และใช้คีย์ที่สร้างด้วยเวอร์ชันใหม่ นอกจากนี้ เมื่อคีย์ โดยใช้เวอร์ชันที่กำหนดและระดับแพตช์ในอุปกรณ์ที่อัปเกรดแล้ว เป็นเวอร์ชันใหม่หรือระดับแพตช์ ระบบจะอัปเกรดคีย์ก่อนที่จะใช้งานได้ และคีย์เวอร์ชันก่อนหน้าใช้งานไม่ได้ ด้วยวิธีนี้ เนื่องจากอุปกรณ์ อัปเกรดแล้ว แป้นจะ "ประแจ" ส่งต่อไปพร้อมกับอุปกรณ์ แต่ การย้อนกลับอุปกรณ์ไปเป็นรุ่นก่อนหน้าจะทำให้คีย์ ไม่สามารถใช้งานได้

เพื่อรองรับโครงสร้างโมดูลของ Treble และยุติการเชื่อมโยง system.img ไปยัง Boot.img, Keymaster 4 เปลี่ยนรูปแบบการเชื่อมโยงเวอร์ชันคีย์ให้มี ระดับแพตช์สำหรับแต่ละพาร์ติชัน การดำเนินการนี้ช่วยให้อัปเดตแต่ละพาร์ติชันได้ ได้อย่างอิสระ ขณะเดียวกันก็ยังให้การป้องกันย้อนกลับได้

ใน Android 9 ระบบ boot, system และ vendor โดยแต่ละพาร์ติชันจะมีระดับแพตช์ของตัวเอง

• อุปกรณ์ที่มีการเปิดเครื่องที่ได้รับการยืนยันของ Android (AVB) สามารถวางระดับแพตช์ได้ทั้งหมด และเวอร์ชันของระบบใน vbmeta เพื่อให้ Bootloader ส่งไปยัง Keymaster สำหรับพาร์ติชันที่มีการเชื่อมโยง ข้อมูลเวอร์ชันสำหรับพาร์ติชันจะ อยู่ใน vbmeta ที่เชื่อมถึงกัน โดยทั่วไป ข้อมูลเวอร์ชันควรอยู่ในรูปแบบ vbmeta struct ที่มีข้อมูลการยืนยัน (แฮชหรือ แฮชทรี) สำหรับพาร์ติชันที่กำหนด
• ในอุปกรณ์ที่ไม่มี AVB
  • การใช้งานการเปิดเครื่องที่ได้รับการยืนยันต้องระบุแฮชของเวอร์ชัน ข้อมูลเมตาไปยัง Bootloader เพื่อให้ Bootloader ระบุแฮชให้กับ Keymaster ได้
  • boot.img สามารถจัดเก็บระดับแพตช์ในส่วนหัวต่อไปได้
  • system.img สามารถจัดเก็บระดับแพตช์และเวอร์ชันของระบบปฏิบัติการแบบอ่านอย่างเดียวได้ต่อไป พร็อพเพอร์ตี้
  • vendor.img จัดเก็บระดับแพตช์ในพร็อพเพอร์ตี้อ่านอย่างเดียว ro.vendor.build.version.security_patch
  • Bootloader ระบุแฮชของข้อมูลทั้งหมดที่ตรวจสอบโดยการเปิดเครื่องที่ได้รับการยืนยันได้ เป็นคีย์มาสเตอร์
• ใน Android 9 ให้ใช้แท็กต่อไปนี้เพื่อระบุข้อมูลเวอร์ชันสำหรับ พาร์ติชันต่อไปนี้
  • VENDOR_PATCH_LEVEL: vendor พาร์ติชัน
  • BOOT_PATCH_LEVEL: boot พาร์ติชัน
  • OS_PATCH_LEVEL และ OS_VERSION: พาร์ติชัน system (OS_VERSION ถูกนำออกจาก ส่วนหัว boot.img
• การติดตั้งใช้งาน Keymaster ควรจัดการระดับแพตช์ทั้งหมดแยกกัน คีย์คือ สามารถใช้ได้หากข้อมูลเวอร์ชันทั้งหมดตรงกับค่าที่เชื่อมโยงกับคีย์ และ IKeymaster::upgradeDevice() เลื่อนไปที่ระดับแพตช์ที่สูงขึ้นหาก ที่จำเป็น

การเปลี่ยนแปลง HAL

เพื่อสนับสนุนการเชื่อมโยงเวอร์ชันและเอกสารรับรองเวอร์ชัน Android 7.1 ได้เพิ่ม แท็ก Tag::OS_VERSION และ Tag::OS_PATCHLEVEL และแท็ก เมธอด configure และ upgradeKey แท็กเวอร์ชัน จะถูกเพิ่มโดยอัตโนมัติจากการใช้งาน Keymaster 2+ ในข้อมูลทั้งหมดที่สร้างขึ้นใหม่ (หรืออัปเดต) นอกจากนี้ ความพยายามใดๆ ที่จะใช้คีย์ที่ไม่มีระบบปฏิบัติการ เวอร์ชันหรือระดับแพตช์ที่ตรงกับเวอร์ชันของระบบปฏิบัติการปัจจุบันหรือระดับแพตช์ จะถูกปฏิเสธด้วย ErrorCode::KEY_REQUIRES_UPGRADE ตามลำดับ

Tag::OS_VERSION คือค่า UINT ที่แสดงค่า ส่วนหลัก ส่วนเล็กๆ และส่วนย่อยของเวอร์ชันระบบ Android ในรูปแบบ MMmmss โดยที่ MM คือเวอร์ชันหลัก mm คือเวอร์ชันย่อย และ ss คือเวอร์ชันย่อย เวอร์ชัน ตัวอย่างเช่น 6.1.2 จะแสดงเป็น 060102

Tag::OS_PATCHLEVEL คือค่า UINT ที่แสดงค่า ปีและเดือนที่อัปเดตระบบครั้งล่าสุดเป็น YYYYMM โดยที่ YYYY คือค่า ปีแบบ 4 หลัก และ MM คือเลขเดือน 2 หลัก เช่น มีนาคม 2016 จะเป็น แสดงเป็น 201603

คีย์การอัปเกรด

เพื่อให้สามารถอัปเกรดคีย์เป็นระบบปฏิบัติการเวอร์ชันใหม่และระดับแพตช์ของระบบ รูปภาพ Android 7.1 เพิ่มเมธอด upgradeKey ลงใน HAL:

คีย์มาสเตอร์ 3

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

คีย์มาสเตอร์ 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 คือโครงสร้างของอุปกรณ์
• keyBlobToUpgrade เป็นคีย์ที่ต้องอัปเกรด
• upgradeParams เป็นพารามิเตอร์ที่จำเป็นสำหรับการอัปเกรดคีย์ เหล่านี้ จะรวม Tag::APPLICATION_ID และ Tag::APPLICATION_DATA ซึ่งจำเป็นสำหรับการถอดรหัสคีย์ BLOB หากมีการระบุระหว่างการสร้าง
• upgradedKeyBlob คือพารามิเตอร์เอาต์พุตที่ใช้ในการแสดงผล คีย์ Blob ใหม่

หากมีการเรียก upgradeKey ด้วย BLOB คีย์ที่แยกวิเคราะห์ไม่ได้ หรือ หากไม่ถูกต้อง ระบบจะแสดงผล ErrorCode::INVALID_KEY_BLOB หาก จะถูกเรียกด้วยคีย์ที่มีระดับแพตช์มากกว่าค่าระบบปัจจุบัน จะแสดง ErrorCode::INVALID_ARGUMENT หากมีการเรียกด้วยคีย์ ที่มีเวอร์ชันของระบบปฏิบัติการมากกว่าค่าระบบปัจจุบันและค่าระบบ ไม่ใช่ 0 จะแสดงค่า ErrorCode::INVALID_ARGUMENT เวอร์ชันของระบบปฏิบัติการ การอัปเกรดจากที่ไม่ใช่ 0 เป็น 0 ได้ ในกรณีที่เกิดข้อผิดพลาด การสื่อสารกับโลกที่ปลอดภัย จะแสดงค่าข้อผิดพลาดที่เหมาะสม (เช่น ErrorCode::SECURE_HW_ACCESS_DENIED, ErrorCode::SECURE_HW_BUSY) มิเช่นนั้น ระบบจะส่งคืน ErrorCode::OK และแสดงผล BLOB คีย์ใหม่ใน upgradedKeyBlob

keyBlobToUpgrade ยังคงใช้ได้หลังจาก upgradeKey และโดยหลักการแล้ว อาจจะใช้งานได้อีกครั้งหากอุปกรณ์ถูกดาวน์เกรด ใน การฝึกปฏิบัติ คีย์สโตร์มักจะเรียกใช้ deleteKey ใน BLOB ของ keyBlobToUpgrade ไม่นานหลังการโทรไปยัง upgradeKey หาก keyBlobToUpgrade มีแท็ก Tag::ROLLBACK_RESISTANT จากนั้น upgradedKeyBlob ควร ได้ด้วย (และควรป้องกันการย้อนกลับ)

การกำหนดค่าที่ปลอดภัย

หากต้องการใช้การเชื่อมโยงเวอร์ชัน TA ของ keymaster จำเป็นต้องมีวิธีรับการเชื่อมโยงเวอร์ชันอย่างปลอดภัย เวอร์ชันปัจจุบันของระบบปฏิบัติการและระดับแพตช์ (ข้อมูลเวอร์ชัน) และเพื่อให้มั่นใจว่า ข้อมูลที่โฆษณาได้รับนั้นจะตรงกับข้อมูลเกี่ยวกับการเรียกใช้ ระบบ

OS_VERSION เพื่อรองรับการนำส่งข้อมูลเวอร์ชันที่ปลอดภัยให้แก่ TA เพิ่มช่องในส่วนหัวของรูปภาพเปิดเครื่องแล้ว บิลด์ของอิมเมจการเปิดเครื่อง ระบบจะป้อนข้อมูลในช่องนี้โดยอัตโนมัติ OEM และผู้ติดตั้งใช้งาน TA หลัก ต้องทำงานร่วมกันเพื่อแก้ไข Bootloader ของอุปกรณ์เพื่อดึงข้อมูลเวอร์ชัน จากอิมเมจการเปิดเครื่องและส่งไปยัง TA ก่อนแท็กที่ไม่ปลอดภัย เมื่อบูตระบบ เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้โจมตีแทรกแซงการจัดสรร ข้อมูลเวอร์ชันให้ TA อีกครั้ง

คุณยังต้องตรวจสอบว่าอิมเมจระบบมีเวอร์ชันเดียวกัน เป็นอิมเมจการเปิดเครื่อง ด้วยเหตุนี้ เราจึงได้เพิ่มวิธีการกำหนดค่า เป็น HAL ของคีย์มาสเตอร์:

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

อาร์กิวเมนต์ params ประกอบด้วย Tag::OS_VERSION และ Tag::OS_PATCHLEVEL ไคลเอ็นต์ Keymaster2 เรียกใช้เมธอดนี้ หลังจากเปิด HAL แต่ก่อนที่จะเรียกใช้วิธีการอื่นๆ หากมีวิธีการอื่น จะถูกเรียกก่อนกำหนดค่า ส่วน TA จะแสดงผล ErrorCode::KEYMASTER_NOT_CONFIGURED

เมื่อมีการเรียก configure เป็นครั้งแรกหลังจากอุปกรณ์เปิดเครื่อง ควรตรวจสอบว่าข้อมูลเวอร์ชันที่ระบุตรงกับข้อมูลที่ได้จาก Bootloader หากข้อมูลเวอร์ชันไม่ตรงกัน configure ส่งคืน ErrorCode::INVALID_ARGUMENT และรายการทั้งหมด เมธอดคีย์มาสเตอร์อื่นๆ ยังคงแสดงผลอยู่ ErrorCode::KEYMASTER_NOT_CONFIGURED หากข้อมูลตรงกัน configure แสดงผล ErrorCode::OK และคีย์มาสเตอร์อื่นๆ เริ่มทำงานตามปกติ

การเรียก configure ครั้งต่อๆ ไปจะให้ค่าเดียวกับที่แสดงผลโดย การเรียกครั้งแรก และไม่เปลี่ยนสถานะของคีย์มาสเตอร์ โปรดทราบว่ากระบวนการนี้ กำหนดให้ OTA ทั้งหมดอัปเดตทั้งอิมเมจระบบและอิมเมจเปิดเครื่อง ก็จะไม่สามารถอัปเดตได้ แยกต่างหากเพื่อให้ข้อมูลเวอร์ชันซิงค์กัน

เนื่องจากระบบจะเรียก configure โดยระบบที่เป็นเจ้าของเนื้อหานั้นๆ เพื่อทำการตรวจสอบ ก็มีกรอบเวลาที่แคบสำหรับผู้โจมตีที่จะ โจมตีอิมเมจระบบและบังคับให้ระบุข้อมูลเวอร์ชันที่ ตรงกับอิมเมจการเปิดเครื่อง แต่ไม่ใช่เวอร์ชันจริงของระบบ ชุดค่าผสมของการยืนยันอิมเมจการเปิดเครื่อง การตรวจสอบ dm-verity ของอิมเมจระบบ เนื้อหา และความจริงที่มีการเรียก configure ในช่วงต้นของ การบูตระบบควรทำให้หน้าต่างของโอกาสนี้ยากต่อการแสวงหาประโยชน์