车联网之基于 TEE 的 TBOX 安全技术

车联网安全之基于 TEE 的 TBOX 安全技术

TBOX 面临的安全威胁

车载终端 TBOX（Telematics BOX），是具备数据输入输出、数据存储、计算处理以及通信等功能的车联网控制单元。TBOX 与主机通过 CAN 总线通信，实现对车辆状态信息、控制指令、远程诊断和按键状态信息等的传递；以数据链路的方式通过后台 TSP 系统与 PC 端网页或移动端 App 实现双向通信。车机要联网必须有 TBOX 设备才能实现。

TBOX 在车联网的位置：

TBOX 通常采用 MCU 芯片上跑一个 Android 操作系统，搭配通信模块、GPS 天线、4G 天线、数据接口等外设、以及相关的应用软件。从 TBOX 的构成和作用，我们不难分析出其安全威胁主要来自于以下几个方面：

∙ 操作系统安全威胁

类似 Android 这类操作系统被称为 REE（富执行环境），由于本身的开放性，不具备 secure

boot 和信任链条，注定其是非安全的操作系统。对于 REE 系统的文件和系统数据被窃取或

萨纳克篡改，用户敏感数据被窃取或篡改，操作系统的运行被非授权干扰或中断，各种攻击方式屡见不鲜。

∙ 软件安全威胁

基于 REE 实现的 App 应用软件，不具有隔离性。应用软件源码或敏感数据极易被非授权

访问，组件因为暴漏在开放环境，很容易被攻击调用。应用软件的启动、升级和退出过程也都非常容易收到非授权干扰或中断。

∙ 数据安全威胁

开放 OS 中，收集的数据没有基于硬件的防护，极易被拦截或篡改。数据在传输过程中被窃取或篡改，恶意数据在传输环节中被注入，在数据被用户删除后未彻底清除或未设置防回滚保护，导致数据被窃取作为攻击样本。

∙ 通信安全威胁数据通信没有信任链，总线数据和私有协议被非授权的攻击者读取，车载 TBOX 与 TSP 间通信被嗅探或攻击，使通信数据被窃取或篡改。

TEE 是什么

TEE（Trusted ExecutionEnvironment 可信执行环境）最早出自于齿轮修复OMTP 规范，ARM 是 TEE 技术的主导者之一，其 TrustZone 即为是 ARM 公司的 TEE 的实现。TEE 的目的增强移动设备的安全特性，从而研发的包括软件编程接口、硬件 IP 在内的一整套方案。芯片在软件和硬件上，有 REE 和 TEE 两个区域，分别对应富执行环境和可信执行环境。其

主要思想就是在同一个 CPU 芯片上，通过硬件配置方式实现不同 IP 组件的访问控制，从而提供一个完全隔离的

运行空间。

ARM 在芯片 IP 设计中已经全面支持了 TEE，包括高通、联发科、三星、海思、NXP 等芯片厂商都纷纷采用该架构，已经成为基于硬件安全的主流方案。

GlobalPlatform TEE 架构图：

关于 TEE 的安全技术和实现，我们将会在后续有专门的章节说明，此处我们简单介绍一下

TEE 具备的特性。

▪ 受硬件机制保护：TEE 隔离于 REE、只能通过特定的入口与 TEE 通信、并不规定某一种硬件实现方法，隔离更彻底。

▪ 使用 Trustzone 硬件机制对外设、存储进行安全保护，且该机制仅能受控于 TEE

▪ 高性能：TEE 运行时使用 CPU 的全部性能（独占），算力足（支持国密）。

▪ 快速通信机制：TEE 可以访问 REE 的内存、REE 无法访问受硬件保护的 TEE 内存，

TEE 的 RAM 充足。

▪ TEE 具有更高的特权等级

▪ TEE 作为开放技术，适合标准化。目前已有 GlobalPlatform（GP）标准化，可在多种

平台上移植

▪ TEE 擅长节点逻辑保护、外设保护、存储保护

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▪ TEE 中的可执行代码在执行前先要被验证（validate）

▪ 对于密钥使用安全存储机制：认证性、完整性和机密性

基于 TEE 的 TBOX 安全方案

既然芯片上已草本精华经有了 Trustzone 安全设计，那么利用 Trustzone 上的 TEE 安全系统来保护 TBOX，当然就会成为必然。实际上，基于 TEE 的 TBOX 安全方案已经被越来越多的 OEM 采用，一些 TBOX 相关的安全规范也正在制定中。相信随着车联网信息安全越来越受到关注，基于硬件隔离的 TEE 安全技术，将成为刚需。

我们以豆荚科技公司基于 TEE 的 TBOX 安全方案为例，分析为什么有了 TEE 的 TBOX 更加安全。

我们可以看到，在方案中，基于 TEE 的安全操作系统的系统防御形成了一条安全信任链条。每一步处理都是基于这个信任链进行认证和校验，保证了系统、应用、业务、数据、通信的

安全。

∙ 系统安全启动

TEE 的 secure boot（安全启动）功能旨在保证设备软件(从硬件信任根直到系统分区)的完整性。在启动过程中，无论是在哪个阶段，都会在进入下一个阶段之前先验证下一个阶段的完整性和真实性。此过程需要绑定的信任根，也就是 ROOT OF TRUST。确保 BOOT ROM -> Preloader -> LK -> TEE ->BOOT 启动流程安全可靠。只有具备了安全启动，安全的 OTA 才成为可能。

∙ 应用安全

在 TEE 上运行的应用叫做可信应用 TA（Trusted Application），TA 之间实现完全的隔离，两个 TA 之间无法访问对方资源。而且 TA 的装载和调用都必须通过签名校验的过程，从而达到防led天花灯说明书篡改，防钓鱼、防重放攻击的目的。对于不同的应用来说，可以将需要安全处理的部分放在 TA 中执行，以此来保证应用的安全。实际上在手机上的高安全应用如支付类应用（支付宝、微信）、生物识别应用以及 DRM 应用都是需要 TEE 的安全保护的，这在手机应用中已经成为标准。同理，在车联网的环境下，随着生物识别、支付、控车等应用场景的出现，TEE 的保护无疑将成为高安全应用的最佳选择。