Entorno de ejecución confiable

Un entorno de ejecución confiable ( TEE , por sus siglas en inglés) es un área segura del procesador principal . Ayuda a proteger el código y los datos cargados en él en cuanto a confidencialidad e integridad . La confidencialidad de los datos impide que entidades no autorizadas externas al TEE lean los datos, mientras que la integridad del código impide que el código dentro del TEE sea reemplazado o modificado por entidades no autorizadas, que también pueden ser el propio propietario del equipo, como en ciertos esquemas DRM descritos en Intel SGX .

Esto se logra mediante la implementación de una seguridad arquitectónica única, inmutable y confidencial, que ofrece cifrado de memoria basado en hardware que aísla el código y los datos específicos de la aplicación en la memoria. Esto permite que el código a nivel de usuario asigne regiones privadas de memoria, llamadas enclaves, que están diseñadas para estar protegidas de los procesos que se ejecutan con niveles de privilegio más altos. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} Un TEE como entorno de ejecución aislado proporciona características de seguridad tales como ejecución aislada, integridad de las aplicaciones que se ejecutan con el TEE y confidencialidad de sus activos. En términos generales, el TEE ofrece un espacio de ejecución que proporciona un nivel de seguridad más alto para las aplicaciones confiables que se ejecutan en el dispositivo que un sistema operativo (SO) completo y más funcionalidad que un "elemento seguro" (SE).

La plataforma Open Mobile Terminal Platform (OMTP) definió por primera vez TEE en su estándar "Advanced Trusted Environment:OMTP TR1", definiéndolo como un "conjunto de componentes de hardware y software que proporcionan las funcionalidades necesarias para soportar aplicaciones", que debían cumplir los requisitos de uno de los dos niveles de seguridad definidos. El primer nivel de seguridad, Perfil 1, estaba dirigido únicamente contra ataques de software, mientras que el Perfil 2 estaba dirigido contra ataques tanto de software como de hardware. ^{[ 4 ]}

Posteriormente se lanzaron soluciones TEE comerciales basadas en la tecnología ARM TrustZone , conformes al estándar TR1, como Trusted Foundations desarrollada por Trusted Logic. ^{[ 5 ]}

El trabajo en los estándares OMTP finalizó a mediados de 2010 cuando el grupo pasó a formar parte de la Comunidad de Aplicaciones Mayoristas (WAC). ^{[ 6 ]}

Los estándares OMTP, incluidos los que definen un TEE, están alojados por GSMA . ^{[ 7 ]}

El TEE generalmente consta de un mecanismo de aislamiento de hardware más un sistema operativo seguro que se ejecuta sobre ese mecanismo de aislamiento, aunque el término se ha utilizado de forma más general para referirse a una solución protegida. ^{[ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} Si bien un TEE de GlobalPlatform requiere aislamiento de hardware, otros, como EMVCo, utilizan el término TEE para referirse tanto a soluciones basadas en hardware como en software. ^{[ 12 ]} FIDO utiliza el concepto de TEE en el entorno operativo restringido para TEE basados ​​en aislamiento de hardware. ^{[ 13 ]} Solo las aplicaciones de confianza que se ejecutan en un TEE tienen acceso a toda la potencia del procesador principal, los periféricos y la memoria de un dispositivo, mientras que el aislamiento de hardware los protege de las aplicaciones instaladas por el usuario que se ejecutan en un sistema operativo principal. El software y la criptografía dentro del TEE protegen las aplicaciones de confianza que contiene entre sí. ^{[ 14 ]}

Los proveedores de servicios, los operadores de redes móviles (ORM), los desarrolladores de sistemas operativos, los desarrolladores de aplicaciones , los fabricantes de dispositivos, los proveedores de plataformas y los proveedores de semiconductores son las principales partes interesadas que contribuyen a los esfuerzos de estandarización en torno al TEE.

Para evitar la simulación de hardware con software controlado por el usuario, se utiliza una denominada "raíz de confianza de hardware". Se trata de un conjunto de claves privadas integradas directamente en el chip durante su fabricación ; en dispositivos móviles se suele utilizar memoria programable de un solo uso, como los eFuses . Estas claves no se pueden modificar, ni siquiera tras reiniciar el dispositivo, y sus claves públicas se almacenan en una base de datos del fabricante, junto con un hash no secreto de una clave pública perteneciente a la entidad de confianza (normalmente el proveedor del chip), que se utiliza para firmar el firmware de confianza junto con los circuitos que realizan operaciones criptográficas y controlan el acceso.

El hardware está diseñado de forma que impide que cualquier software no firmado con la clave de la parte de confianza acceda a las funciones privilegiadas. La clave pública del proveedor se proporciona en tiempo de ejecución y se somete a una función hash; esta función se compara con la integrada en el chip. Si la función hash coincide, la clave pública se utiliza para verificar una firma digital del firmware controlado por el proveedor de confianza (como una cadena de gestores de arranque en dispositivos Android o «enclaves arquitectónicos» en SGX). El firmware de confianza se utiliza entonces para implementar la atestación remota. ^{[ 15 ]}

Cuando se certifica una aplicación, sus componentes no confiables cargan su componente confiable en la memoria; la aplicación confiable se protege de modificaciones por parte de componentes no confiables mediante hardware. La parte no confiable solicita un nonce al servidor del verificador, el cual se utiliza como parte de un protocolo de autenticación criptográfica, demostrando la integridad de la aplicación confiable. La prueba se envía al verificador, quien la verifica. No es posible calcular una prueba válida en hardware simulado (por ejemplo, QEMU ) porque para construirla se requiere acceso a las claves integradas en el hardware; solo el firmware confiable tiene acceso a estas claves o a las claves derivadas de ellas u obtenidas mediante ellas. Dado que solo el propietario de la plataforma debe tener acceso a los datos registrados en la fundición, la parte verificadora debe interactuar con el servicio configurado por el proveedor. Si el esquema se implementa incorrectamente, el proveedor del chip puede rastrear qué aplicaciones se utilizan en cada chip y denegar selectivamente el servicio devolviendo un mensaje que indica que la autenticación no se ha completado. ^{[ 16 ]}

Para simular hardware de manera que permita superar la autenticación remota, un atacante tendría que extraer claves del hardware, lo cual es costoso debido al equipo y la habilidad técnica necesarios para ejecutarlo. Por ejemplo, el uso de haces de iones focalizados , microscopios electrónicos de barrido , microsondas y desencapsulación de chips ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]} es difícil, o incluso imposible, si el hardware está diseñado de tal manera que la ingeniería inversa destruye las claves. En la mayoría de los casos, las claves son únicas para cada pieza de hardware, de modo que una clave extraída de un chip no puede ser utilizada por otros (por ejemplo, funciones físicamente inclonables ^{[ 23 ] [ 24 ]} ).

Aunque la privación de propiedad no es una propiedad inherente de los TEE (es posible diseñar el sistema de manera que solo el usuario que obtuvo la propiedad del dispositivo primero pueda controlar el sistema grabando un hash de su propia clave en fusibles electrónicos), en la práctica todos estos sistemas en la electrónica de consumo están diseñados intencionalmente para permitir que los fabricantes de chips controlen el acceso a la atestación y sus algoritmos. Esto permite a los fabricantes otorgar acceso a los TEE solo a los desarrolladores de software que tienen un acuerdo comercial (generalmente comercial) con el fabricante, monetizando la base de usuarios del hardware, para habilitar casos de uso como la tivoización y la DRM y para permitir que ciertas funciones de hardware se utilicen solo con el software proporcionado por el proveedor, obligando a los usuarios a usarlo a pesar de sus características negativas , como anuncios , rastreo y restricción de casos de uso para la segmentación del mercado .

Las siguientes tecnologías de hardware pueden utilizarse para dar soporte a las implementaciones de TEE:

• AMD :
  • Procesador de seguridad de plataforma (PSP) ^{[ 40 ] [ 41 ] [ 42 ]}
  • Virtualización cifrada segura de AMD (SEV) ^{[ 43 ]} y la extensión de paginación anidada segura ^{[ 44 ]}
• BRAZO :
  • TrustZone ^{[ 45 ]}
  • Extensión de administración de dominios / Arquitectura de computación confidencial (CCA)
• IBM :
  • IBM Secure Service Container , ^{[ 46 ]} anteriormente zACI, se introdujo por primera vez en las máquinas de la generación IBM z13 (incluidas todas las máquinas LinuxONE) en el nivel de controlador 27. ^{[ 47 ]}
  • IBM Secure Execution , ^{[ 48 ]} se introdujo en las máquinas de la generación IBM z15 y LinuxONE III el 14 de abril de 2020.
• Intel :
  • Motor de gestión de Intel
    • Tecnología de Ejecución Confiable (TXT)
    • Extensiones de protección de software (SGX) ^{[ 49 ]}
    • Extensiones de dominio de confianza (TDX)
    • "Silent Lake" (disponible en procesadores Atom) ^{[ 50 ] [ 51 ] [ 52 ]}
• RISC-V :
  • Marco TEE personalizable de Keystone ^{[ 53 ] [ 54 ]}

• Plataforma abierta de terminal móvil
• Grupo de Computación Confiable
• Alianza FIDO
• Tarjeta Java
• Motor de gestión de Intel
• Intel LaGrande
• Extensiones de protección de software
• Procesador de seguridad de plataforma AMD
• Módulo de plataforma segura
• ARM TrustZone
• Elemento seguro NFC
• Base de computación segura de próxima generación