[发明专利]一种基于TrustZone的内核数据完整性保护方法

权利要求书

1.一种基于TrustZone的内核数据完整性保护方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，向编译器输入内核及待保护的应用程序的源代码，编译器执行静态分析，确定所有需要保护的安全关键数据，并在程序中插入必要的监控代码，以向独立操作系统运行的监控器报告与需要保护的目标相关的操作；

步骤2，监视器接收到受保护程序中安全关键数据的合法操作后，在专用表中生成或更新关键数据的卷影副本；当使用所述安全关键数据时，监视器将通过比较运行时值和卷影副本来检查关键数据的完整性，如果检测到不匹配，则表示受保护程序中安全关键数据被非法更改，作为响应，监视器将终止相应的程序，并通过proc文件系统向用户报告违规情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1中，所述安全关键数据包含：

返回地址；

函数指针；

Vtables指针；

用户注释的非控制数据。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤1包括如下步骤：

步骤1-1，编译器定位目标，确定在待保护的应用程序或内核中插入代码的位置，以报告目标内存数据；

步骤1-2，编译器进行代码插装，得到插入了安全代码的增强程序；

步骤1-3，增强程序中对安全关键数据的操作，通过高速共享内存OCRAM从NormalWorld传递到Secure World的监控器中；

步骤1-4，受保护程序向监视器报告五种类型的操作，包括OP_STORE、OP_LOAD、OP_PUSH、OP_POP、OP_FORK和OP_FREE，来监控安全关键数据的生命周期。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1-2包括：

步骤1-2-1，通过堆或栈上帧指针的固定偏移量计算返回地址对象的位置；

步骤1-2-2，如果内存对象声明为函数指针类型，则直接检测到函数指针；如果函数指针是从其他类型转换而来的，则执行流分析来跟踪一组内存对象，所述内存对象的类型不是函数指针，而是从函数指针传播到函数指针；

步骤1-2-3，通过C++ABI实现Vtable指针的标识；

步骤1-2-4，使用属性注释(__attribute__((annotate(sensitive))))来定位用户注释的非控制数据。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1-3包括如下步骤：

步骤1-3-1，共享内存被组织为块矩阵，矩阵的每一列表示一个环形缓冲区；一个单独的环形缓冲区被分配给增强程序的操作的其中一组进程，一组进程的任务标识符具有相同的哈希值；当报告安全关键数据的操作时，程序进程会将环形缓冲区之一的一组进程推送到相应的环中；

步骤1-3-2，环形缓冲区中的每一组进程都由编写共享内存的程序签名，在程序启动时，编译器插入的额外监控代码将与监视器一起计算公私密钥对，公钥保存在监视器中，程序使用私钥对写入共享内存的操作进行签名，在执行任何操作请求之前，监视器将首先使用与程序ID关联的公钥检查签名是否有效；签名确保只有经过身份验证的进程才能写入环形缓冲区，从而防止恶意程序写入任意环形缓冲区；

步骤1-3-3，使用OCRAM作为Normal World和Secure World之间的共享内存，OCRAM在内存地址空间中静态映射，能够通过AXI总线直接访问。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2中，监视器是独立操作系统运行在ARM的TrustZone技术所分隔的Secure World中的。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤2中，隔离执行允许两段不同代码完全隔离运行，将安全关键组件和其他非安全关键的软件组件放在不同域中运行。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤2中，ARM提供两个执行域：NormalWorld和Secure World，隔离了内核空间和正确配置的安全外围设备。