安全功能的重要性，再怎麼強調都不為過
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作者 | 量衡
編輯 | 李帥飛
雖然大家都知道硬體安全很重要，但它從來都沒有獲得過與其重要度匹配的關注度。而榮耀在 1 月 10 日釋出的 Magic V，除了新一代驍龍 8 移動平臺和摺疊屏，還重點宣傳了很久沒有進入公眾視野的安全功能。
榮耀 Magic V 的官方宣傳是 “一個保險櫃和兩把鎖”，搭載榮耀首款獨立安全儲存晶片，擁有獨立於安卓作業系統之外的雙 TEE（可信執行環境）安全系統。其有隱私維修模式並能隨時切換，可以遠端鎖定 SIM 卡，遭到惡意刷機後也會要求賬號密碼，即便物理破解儲存晶片也無法讀取個人資料等眾多安全特性。
毫無疑問，智慧手機就是普通民眾能接觸到，科技安全級別最高的產品。在智慧手機就能提供極高安全性的今天，我們以最有代表性的高通為例，一起回顧一下 Android 陣營的安全架構歷史。
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ARM 陣營的安全硬體演進
提到 Android，自然離不開 ARM 指令集和高通。前者是移動世界的基石，後者是 Android 陣營 SoC 的代名詞。從高通第一代驍龍 S1 問世至今，驍龍品牌走過了十四年，無論是驍龍 S1 到 S4 時期，還是 “驍龍 8XX” 時期，高通驍龍一直都是 Android 旗艦的御用移動平臺。高通驍龍平臺持續強化的安全能力，是 Android 生態最重要的安全和隱私基礎。
無論是桌面平臺的 TPM 可信平臺模組，還是移動端的安全晶片，一直追求的都是安全三要素：Confidenciality 機密性、Integrity 完整性、Availability 可用性。而 ARM 陣營安全硬體近 10 年的演變，本身就是一部新功能高速發展和普及的歷史。
“史前” 的 ARM v7 指令集就引入了 Security Extension 概念，即 CPU 能夠在 “普通世界和安全世界” 間切換，兩個模式有獨立的 MMU 記憶體管理單元，有用於隔離記憶體 TZASC、用於隔離外設 TZP 和 CCI 匯流排，可以在不增加硬體成本的情況下為提供可信執行環境。
在 ARM v8。x 時代，又先後引進了一系列的安全特性：
PAN 和 UAO（Privileged Execute Never 和 User Access Only），一定程度把核心態程式和使用者資源分隔開；
PA（Pointer Authentication）和 CFI（Control Flow Integrity），防止跳轉指標被修改，保證控制流完整性，防止 ROP 攻擊；
而下一個里程碑，是 ARM v8。4 在安全世界引入的 hypervisor，軟體層面支援多個 TEEOS，安全級別高的支付業務可以跑在獨立的 TEEOS 並於通用 TEEOS 隔離；
ARM v8。5 引入 BTI（Branch Target Identifiers）和 MT（Memory Tagging），前者限制間接轉跳，防 JOP 攻擊，後者能標記記憶體區域，防止溢位和 UAF 漏洞；
Arm v9（驍龍 8 Gen 1 這一代）提出了 Arm CCA 的概念，引入全新的 “Realm 機密領域”，生成對 OS 或虛擬機器管理程式完全不透明的安全容器化的執行環境，保護正在使用的資料與程式碼，並縮簡訊任鏈。
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高通驍龍的安全能力演進
當年驍龍 845 的元件示意圖
從指令集往上，到達 SoC 這一層，高通幾乎每代驍龍旗艦都會率先引入最新的安全功能，使用者安全和隱私的保護措施在以軍事競賽式的速度升級：
1、2015 年的驍龍 810 引入 SafeSwitch 功能。在丟失手機後，可以遠端鎖機並輕鬆抹掉手機上的使用者資料，而且 SafeSwitch 先於作業系統啟動，讓 “簡單刷機破賬號” 成為歷史；
2、2016 年的驍龍 820 引入了 Smart Protect，後者是首款利用高通 Zeroth 技術的產品，具備機器學習功能。其基於簽名的反惡意軟體服務，能自動阻止已知惡意軟體的執行，能實時監測手機的後臺並做異常警告，最終達到零時差 （Zero-Day） 偵測病毒、惡意軟體的效果，且能離線執行；
3、2017 年驍龍 835 內建了 Qualcomm Haven 安全平臺，包括內容保護、惡意軟體檢測、防盜、身份驗證等 4 大方面。此時的 Android 旗艦已經可以讓虹膜、人臉等敏感資訊存放在 SoC 的 TrustZone 並與系統隔離。而與 FIDO 聯盟、騰訊等廠商的合作，也為指紋和虹膜移動支付鋪平了道路；
4、驍龍 845 則帶來了獨立安全處理單元，高通稱之為 “安全島”。這個爆改過的 Arm SC300，有自己的 CPU 核心、獨立的電源供應和快閃記憶體，能將影象、指紋識別等使用者生物資訊、銀行卡等金融資訊獨立儲存，自帶加密引擎，能防止篡改和重放攻擊；
5、驍龍 855 是首款達到智慧卡級別安全性的移動 SoC，通過了 Common Criteria EAL-4 + 全球安全認證，可以省卻 OEM 廠商外掛安全晶片的麻煩。其更強的 SPU，能用於 Android StrongBox 和 Gatekeeper 等系統，可以支援離線支付、TPM、電子身份證、加密錢包等功能，並開始支援 iSIM 應用。
6、驍龍 865 首發支援當時 Android 系統最新的安全憑證 API，並對 ISP、DSP、儲存分別做了安全最佳化，即使安裝了惡意軟體，資料也不會被複制到安全區以外。而新的高通感測器中樞，也能以極低的功耗提供安全防護。
7、驍龍 888 則為移動端帶來了全新的 Type-1 Hypervisor 支援，讓手機可以啟用同一個系統的多個例項，在進行資料的保護和隔離的同時，能在不同應用和多個作業系統間即時切換，還能讓 Hypervisor 應用資料完全與主要作業系統內的其他應用隔離。另外，其也支援 Adobe 的 CAI 數字驗證標準，能為照片製作加密印記，用於驗證數字內容的真實性。
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全新一代驍龍 8，全新的
移動安全架構
全新一代驍龍 8 在 2021 驍龍技術峰會發布。釋出會開頭就緊貼熱點，是元宇宙。5G、計算機視覺、頭部 / 眼球 / 姿勢追蹤以及工具、3D 重建、感知演算法、情境語言理解 / 音訊增強和創作支援，應有盡有。
而此時的驍龍，已經是包含 50 多個晶片組的完整平臺，一切都要建立在安全的基礎上。今年釋出會，開場致辭之後第一個說的就是安全，排位比影像、AI、遊戲都要靠前，就知道高通對安全特性的重視程度。
首先，上一代引入的 Hypervisor 深度保護層，現在面向合作伙伴和客戶開源了，宣稱將允許應用程式和服務與 SoC 的更多部件進行交流，從而在虛擬化環境提供更多特性。
高通也繼續貫徹深度防禦（Defense-In-Depth）策略，在 Hypervisor 之上再加了一個安全層 —— 全新的信任管理引擎（Trust Management Engine）。其執行在 Android 系統和其他安全服務的管理程式層之下，即使高級別的軟體堆疊受損，也能保護低級別資料的安全，併為應用和服務提供額外信任根（Root of Trust）。這個信任管理引擎甚至可以和雲端等其他安全技術協同工作，透過雲端的網站與應用信用評估，改變本地策略，對新風險第一時間做出反應，實現從晶片到雲端的信任防護。
在高通宣稱是保險庫級別的安全配置下，新一代驍龍 8 成為全球首個符合 Android Ready SE 標準的移動平臺。而後者是 Google 在 2021 年 3 月發起，用於 SE 安全晶片標準的研發和推廣的聯盟，目標上是透過開源的 SE 安全介面和程式，讓手機、平板、汽車等智慧裝置可以用作住房鑰匙、車鑰匙、數字錢包 / 貨幣、電子駕照、護照使用，讓更多的實體物品數字化。
全新一代驍龍 8 也是首個能讓創作者直接在手機上鑄造 NFT “非同質化代幣” 的移動平臺，可以為數字內容 “蓋印” 並儲存在區塊鏈賬簿。高通還與各國政府、通訊服務商建立連線安全場景，實現 Stingray 偽基站防護，提供惡意蜂窩網路識別，阻斷其資料連線等功能。新驍龍 8 的安全處理單元 SPU 同樣整合 iSIM，只要應用廠商願意，隨時都可以代替物理 SIM 卡和卡槽來節省寶貴的機身空間。
另外，驍龍 8 可以在不錄影和錄音的情況下，完成全天候的視覺感知，它甚至可以檢測到旁邊的人偷看螢幕並自動鎖屏。而加密效能的提升，也讓驍龍 8 打破以前驍龍平臺 800MB/s 的持續寫入速度限制。
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總結
雖然元宇宙還是當紅概念，但每天數十億臺移動裝置、數百億次的應用呼叫、數千億次的服務請求，手機對現代生活的重塑，其實早就讓我們身處數字 “元宇宙” 當中。
移動支付、電子駕照、電子身份證的普及之外，上至 VR/AR 的未來，下至車鑰匙、錢包、貨幣的數字化，數碼生活還會繼續下沉滲透。移動裝置，特別是智慧手機的安全功能，其重要性再怎麼強調都不為過。
下游應用領域往前狂奔的基礎，是高通這些上游供應商提前做好的安全技術支撐。現代智慧手機誕生的第 12 年，生物識別大規模應用的第 8 年，高通驍龍為代表的移動 SoC，其軟硬體安全功能已經在一輪輪的攻防戰中得到了前所未有的增強。而全新一代驍龍 8，也從 TrustZone 到 Hypervisor，再到信任管理引擎、Android Ready SE 標準和 NFT 的支援，讓移動安全進入了新的階段。
科技在被展望時是那麼聲勢浩大，在實現時又是那麼悄無聲息。現在反過來看，智慧裝置底層的安全性問題，從來都沒有獲得過與其重要度匹配的關注度，這或許是件好事。無比低調，甚至很難被感知到，就是對眾多強大安全特性最完美註腳。
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