自我檢查事項(sandbox)
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Trusted Execution Environment (TEE)
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## 前情提要:了解 TEE 之前，該知道些什麼？

1. 作業系統的一致性(platform integrity) : 確保在任何平台的作業系統開機( Boot )的流程不會有任何意料之外的行為，直到系統完全開機完成並且應用程式可以正常執行，如此一來能確保使用者使用的作業系統本身是可信的。
- [ ] TPM & Cold Boot Attack

2. Arm TrustZone : Arm 於 2004 首次在 ARMV6z 引入 TrustZone，將 CPU 的架構分成「普通、加密」兩個世界，從硬體層來提昇資訊安全，而在 進一步了解 Arm 的設計，從這份 [Arm 2013 年的白皮書](https://community.arm.com/cfs-file/__key/telligent-evolution-components-attachments/01-2142-00-00-00-00-51-36/GlobalPlatform-based-Trusted-Execution-Environment-and-TrustZone-R.pdf)中可以看出總共有四層的安全策略提供程式設計師來使用：

* Normal World - User mode/System mode - PL0/PL1 in ARMv7 or EL0/EL1 in ARMv8
* Hypervisor Mode - PL2 in ARMv7 or EL2 in ARMv8
* Trusted World - Secure state or EL3 in ARMv8
* SecurCore

其中 Trust world 即是 TrustZone 的應用，使執行環境分離成 Rich Execution Environment & Trusted Execution Environment，抑或上面說的「普通、加密」。
此圖中的處理器架構在 CPU、Cache 分隔出兩個世界，並以 Security Configuration Register(SCR) bit 0 來告知 CPU 此時的資料是從哪個世界而來。另外圖中的 EL3 則 ARMv8架構定義的四個例外層級其中之一，分別為 EL0 到 EL3，其中數字越大代表特權(privilege)越大，詳情可見[成大資工 wiki](http://wiki.csie.ncku.edu.tw/embedded/ARMv8)

* EL0: 無特權模式(unprivileged)
* EL1: 作業系統核心模式(OS kernel mode)
* EL2: 虛擬機器監視器模式(Hypervisor mode)
* EL3: TrustZone® monitor mode

3. Globalplatform：制定 TEE 標準的非營利組織，值得關注的是 TEE Subsystem & OP-TEE Driver 被納入 [4.12 Linux kernel](https://kernelnewbies.org/Linux_4.12)，而這是 2017.7.2 時發生的事情!

4. Trusted Platform Module：由 TCG(Trusted Computing Group) 制定的安全標準，根據閱讀資料，jserv 提到「可以把 TPM 想為電腦的指紋一樣，可作為電腦身分的唯一辨識，非一般的電腦晶片組，利用 TPM 晶片加上 BIOS、作業系統，即可創造出唯一僅能被自己電腦所用的加密金鑰，於是透過 TPM 加密過後，即使 BIOS 被洗掉，硬碟裡的東西也受到保護。」
從功能面上 TPM 扮演幾個角色
* 儲存加密金鑰，並且絕對不會給外部存取
* 有關加解密的操作都在 TPM 內部進行
* 隔絕軟體層的駭客攻擊
5. REE & TEE : REE 即 Rich Execution Environment 就是我們一般常用的系統環境，運行常見的作業系統 e.g. Linux Android，而 TEE 則是獨立於 REE 之外的另一個隱密世界，負責掌管系統的機密的記憶體與執行秘密任務的作業系統。

## TEE : From Trusted Boot to Trsut Application
TEE 要能夠讓 Secure World 的安全性被保證沒被打折扣，就必須從開機階段的一致性做起，我們可以參考底下 OP-TEE 的 truted boot 的流程是先 TEE 後 REE 並且在 TEE Boot 的階段進行簽章驗證，而在這個階段的簽章標準上是由 Original Equipment Manufacturer(OEM) 生產商來簽署，而每個階段的 bootloader 都會驗證程式碼的簽證才載入程式碼，因此這個流程被稱為 Trusted boot ，以防在 boot 階段 TEE 系統就被惡意程式碼污染。
而在程式執行的階段則是讓 REE、TEE 分別具備不同的權限，我們這邊看的是 Arm TrustZone 為硬體支援發展出來的 OP-TEE。從 Arm TrustZone 的硬體設計我們看得出 REE 不具備存取 Secure Wolrd 記憶體的權限，因此 TEE 就是一個隔離的執行環境負責機密資料的存取與運算。對於 REE 和 TEE 雙方的溝通是建立 Secure Monitor Call，SMC 的指令是 CPU 對 EL3 的進入點，，這方面 API 的標準則是由 Globalplatform 所制定，兩個系統的溝通大致上可以從下圖看出個大概，TEE 會接受來自 SMC 的事件然後給出相對應的 response，這之中經過什麼運算處理，都是不可視的。

## TEE : application in real world

TEE 目前課程上有看到兩個實際的開源案例分別是
* BOLOS TEE : 比特幣錢包
* Soter : 生物識別
而我則是從 T6 循線找到在上海的 TrustKernel 這家公司，T6 原本是開源的 TEE 專案，不過後來轉型成商業公司之後，在 github 上的程式碼就都消失了，以下用官方的圖表示他們所帶來的解決方案
這篇可以由這個 [Slide](https://www.trustkernel.com/uploads/pubs/TEE-2015%E5%AE%89%E5%85%A8%E6%94%AF%E4%BB%98%E8%AE%BA%E5%9D%9B.pdf) 看到
底下羅列 TEE 的潛在應用

TODO:找時間補上這些潛在應用如何使用 TEE 的概述

• Secure hardware tokens
• Mobile payment
• BYOD
• Runtime integrity verification
• Trusted user interface
• Remote enablement/disablement
• Automotive (trust vs. safety)
• Secure isolation, Remote attestation
• DRM, HDCP, secure NFC in P2P mode
• Any other operation that requires verifiable

小結：看了很多文章，深入解釋 TEE 比較完整的還是有公開標準的 GlobalPlatform 妥提供的文件並搭配由 Linaro 開源的 OP-TEE 來學習會是一個不錯的方向。 TEE 基本核心精神是「隔離執行環境」，同時 TEE 系統安全則必須建構在硬體上的支援，如 Arm TrustZone、Intel SGX...等等，在每個人都有手機的前提以及各種行動應用的產生，TEE 所能帶來的安全是否是 「Trustworthy」會是行動應用所關注的點。另外很多關於 TEE 的文章都是對岸整理的，要入門從對岸的文章著手是一個不錯的切入點。

#### 尚未釐清的議題

* Secure boot 和 trusted boot 有何差別？還是說沒什麼差別？而在只能由 OEM 簽署的程式碼 boot 的硬體是不是對 Linux 系統不方便？
* TPM based & Arm Trusted Based 的 TEE 安全性的比較重要嗎？
* Secure element 是什麼？跟 TPM 有什麼差別？

應用面
Reference
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* TEE
* [Mobile Platform Security:OS Hardening and Trusted Execution Environment](https://www.owasp.org/images/8/88/Onur_Zengin_-_TEE_chapter_meeting_presentation.pdf)
* [Introduction to Trusted Execution Environments (TEE) – IY5606](http://sec.cs.ucl.ac.uk/users/smurdoch/talks/rhul14tee.pdf)