关于TEE，你需要知道的五大要素

我们通常提到的安卓手机不仅仅只有安卓系统，还有与安全息息相关的TEE系统，当然除了这两个系统之外，还会有其他系统，在此我仅仅阐述TEE与安卓是如何并存的，先向大家介绍下这两个系统如何部署，紧接着从SMC调度和通信方式，库的角度来分别说明两个系统的通信机制，最后为大家简单说明一下TEE API的GP标准。

1.TEE和安卓架构

首先，我们从整体大方向上，先看一下安卓系统和TEE系统是如何并存的。如下图 1 TEE和安卓系统并存架构所示：

图 1 TEE和安卓系统并存架构

上图中的左半部分非安全侧(Non-secure)就是大家熟悉的安卓系统，通常我们称之为REE，右半部分安全侧(Secure)就是TEE系统，目前市场上存在多种TEE系统，如高通的QSEE，Trustonic，开源的OPTEE等。

图中的EL0，EL1，EL3是ARM架构中的异常等级，其中EL0和EL1是必须实现的，可以粗略的认为EL0是应用层，EL1是系统内核层，其中最重要的是REE侧EL1中需要部署TEE相关驱动，REE侧最后是通过该驱动，同后面提到的EL3进行通信，进而完成一些功能的。EL2主要提供对虚拟化的支持，在本文中先忽略EL2。EL3是比较重要的部分，提供了REE侧(Non-secure)和安全侧(Secure)的功能切换。从图中也可以看出，只有EL3横跨REE侧和安全侧，从而为这两个系统提供了通信的接口，比如我们常用的指纹功能和支付功能就需要REE侧和安全侧交互的，后面内容中我会给大家具体阐述两个系统的通信。

在ARM提供的Trustzone白皮书中有提到，为了使系统更加健壮，建议EL3中的Monitor模式在执行时，关闭中断。

2.SMC

在此我首先强调一点，TEE系统和安卓系统是两个完全独立的系统，这两个系统独立运行。但在实际实用中，这两个系统需要进行通信，比如我们手机锁屏或者使用指纹进行解锁时，均需要安卓系统和TEE系统共同配合完成，其通信是通过SMC指令来完成的，其本质上就是触发一个SMC的中断(如下图2中红色框中所示)，从而让安卓或者TEE跳转到Monitor模式(下图中的Monitor/Firmware)，而SMC的中断处理类似于系统中的上下文切换。

图 2 环境切换

至此大家应该对SMC有了简单的认识，但在此我需要明确一点，进入Monitor模式并非只有SMC一种方式，比如直接写寄存器CPSR等。

3. REE/TEE传输方式

上面简单说明了SMC，那当REE和TEE侧要进行数据传输时，又该如何处理呢?在现有的处理方案中采用了共享内存，包括静态的共享内存和动态的共享内存。由于静态的共享内存是REE侧和TEE侧约定好的一块共享内存，不管是否需要，都会预留一块区域，比较浪费内存。动态共享内存，操作步骤较复杂，需要我们先申请内存，再进行mmap映射(TEE侧和REE侧都需要进行映射))，然后通过共享内存进行数据传输。

那大家再思考一个问题， TEE侧传输数据到REE侧和REE侧传输数据到TEE侧时，其共享内存分别是由谁申请的?解答此问题前，我需要引入一个Session的名词，TEE侧和REE侧通信前都需要建立一个Session，在REE侧建立Session时，共享内存就准备好了，之后不管数据是从哪边传递到哪边，均使用的是之前已经准备好的共享内存。

大家有机会看CA(REE侧的一个可执行程序)的代码，会发现都会先建立Session，之后就可以进行响应的业务处理。目前市场有不同的TEE厂商，他们实现细节会存在一些差异，但其思路都是一致的。

一般TEE厂家会给我们提供TEE相关的库，这个库里面会通过调用TEE对应驱动进而完成各项功能。通常在开发需要TEE环境的程序时，最好可以找对应TEE厂家索要Demo，有这个Demo后，我们就知道该如何基于对应的TEE进行程序开发。

我在同一些从事安卓的朋友交流时，发现他们要么是不知道TEE，要么是知道TEE，但不知道GP。试想一下，市场上存在很多TEE厂商，比如我们熟悉的豆荚，Trustonic等，每一家都有他们独有的API接口，那对于一些基于TEE的功能，如指纹，支付等，那是不是需要针对每一个TEE，要进行不同的适配?而GP全称是Global Platform，它提供了一些安全相关的API要求，假如所有项目上均采用GP的方式，那基于TEE的模块(如常见的指纹，支付等)，就无需做很大的改动，且在同这类供应商沟通时，需要告知供应商，当前项目上是否采用GP接口的方式。

至此，我已经介绍了我们需要知道的五大要素，此时，我们来思考一下，假如我的项目上需要增加指纹功能，我需要做什么工作呢?

• TEE环境的部署，包含TEE系统本身，Monitor， REE侧同TEE相关的驱动，库等，其他的细节可以同TEE供应商沟通。
• 同指纹厂商沟通，告知其项目上使用的TEE系统和TEE版本是否采用GP接口，项目上采用的指纹器件型号等。

本文中，我把TEE拆分为五要素，但实际上，TEE系统远比本文介绍的要复杂，希望大家可以通过本文对TEE有一个大框架的认识，在此基础上，可以继续深入研究。

赵青窕，51CTO社区编辑，从事多年驱动开发。研究兴趣包含安全OS和网络安全领域，发表过网络相关专利。