ARM TrustZone

ARM TrustZone技术是所有 Cortex-A 类处理器的基本功能，是通过 ARM 架构安全扩展引入的。这些扩展可在供应商、平台和应用程序中提供一致的程序员模型，同时提供真实的硬件支持的安全环境。

ARM TrustZone 技术是系统范围的安全方法，针对高性能计算平台上的大量应用，包括安全支付、数字版权管理 (DRM)、企业服务和基于 Web 的服务。TrustZone 技术与 Cortex-A 处理器紧密集成，并通过 AMBA AXI 总线和特定的 TrustZone 系统 IP 块在系统中进行扩展，所以 ARM TrustZone 技术是从硬件层次上提供的安全机制。此系统方法意味着可以保护安全内存、加密块、键盘和屏幕等外设，从而可确保它们免遭软件攻击。

目前用于 ARM TrustZone 技术的开源项目中，使用比较广泛的有 ARM Trusted Firmware 和 OPTEE OS，它们都是针对 ARM 芯片给出的底层固件开源项目，二者之间可以配合使用或单独使用。

系统架构

从系统架构角度看，如下是启用了 ARM TrustZone 技术后的 64 位平台系统架构图。整个系统被分成了两个世界：左边是非安全世界，右边是安全世界。安全世界可以访问两个世界的所有资源，非安全世界只能访问非安全世界的资源，如果非安全世界访问安全世界的资源，则将产生系统硬件总线报错等异常，是无法获取到资源的。

这两个世界之间的往来需要通过 ARM Trusted Firmware 作为桥梁。当 CPU 处于非安全世界时，如果想进入安全世界则需要先进入 ARM Trusted Firmware（通过 ARM 的 SMC 硬件指令），在 ARM Trusted Firmware 里的 Secure Monitor 代码会把 CPU 从非安全身份切换成安全的身份，然后再以安全身份进入安全世界。反之亦然。这个是完全从硬件级别上进行的安全和非安全身份转变。

X5 平台 的 TEE 可以理解为是 ARM Trusted Firmware + OP-TEE OS 的功能集合，它实现了安全世界里我们需求的功能以及 Secure Monitor (两个世界转换的核心代码)的功能。

../../../../_images/software_stack.png

../../../../_images/arm_software_stack.png

CPU 特权等级

从 CPU 的视角看，如下是一个标准的启用了 ARM TrustZone 技术后的 CPU 特权模式等级架构图。它的特权等级分为 EL0、EL1、EL2、EL3， 根据 CPU 所处的世界又分为安全EL0、安全 EL1 或者非安全 EL0、非安全 EL1。

../../../../_images/exception_level.png

X5平台的 TEE 可以理解为是 EL3 + 安全 EL1 的功能集合。

名词解释

缩写 全称 解释
TEE Trusted Execution Environment 安全执行环境，指的是在设备中运行受信任的代码的隔离区域，确保安全敏感操作不受恶意软件的干扰
REE Rich Execution Environment 富执行环境，与 TEE 不同的是 REE 是设备中非安全区域的执行环境，通常承载着设备的大部分应用程序、操作系统和服务
OP-TEE Open Portable Trusted Execution Environment 开源项目，提供一个实现了ARM架构的受信任执行环境（TEE），用于运行安全应用程序
TA Trusted Application 受信任的应用程序，指的是在TEE中运行的应用程序，通常用于执行安全任务，如加密操作、身份认证等
EL3 Exception Level 3 ARM架构中的异常级别，通常用来表示处理器处于最高权限级别。在TEE中，EL3常用于运行安全代码
EL1/EL2 Exception Level 1/2 ARM架构中的其他异常级别，EL1用于运行操作系统内核，EL2用于虚拟化支持

关于 X5 TEE

实现机制

目前 X5 平台上的 64 位 SoC 平台上使用的是 ARM Trusted Firmware BL31 + OP-TEE OS 的组合

BL31 和 OP-TEE OS 的内存范围和生命周期如下:

名称 内存类型 地址范围 是否常驻内存
BL31 AON SRAM 0x2000_0000 ~ 0x2002_0000 是
OP-TEE OS DDR 0x8000_0000 ~ 0x8400_0000 是

固件获取

目前只提供 binary 文件，不提供源代码。

OP-TEE 的 binary 文件在如下路径

miniboot/bl3x/tee-header_v2.bin
miniboot/bl3x/tee-pageable_v2.bin
miniboot/bl3x/tee-pager_v2.bin

BL31 的 binary 文件在如下路径

miniboot/bl3x/bl31.bin

版本信息

BL31 和 OP-TEE 版本信息可通过启动 log 信息得到

BL31

BL31 启动 log 信息如下

NOTICE:  BL31: v2.8(release):v1.0.8-77-g72e4fe066
NOTICE:  BL31: Built : 20:12:37, Jun 11 2025
NOTICE:  plat_setup_psci_ops: sec_entrypoint = 0x2000010c
...

以上信息得知: ARM Trusted Firmware 的版本号 v2.8。

OP-TEE

OP-TEE 启动 log 信息如下

I/TC:
I/TC: OP-TEE version: 05e24fd71 (gcc version 11.3.1 20220712 (Arm GNU Toolchain 11.3.Rel1)) #32 Thu Jun  6 13:14:26 UTC 2024 aarch64
...

以上信息得知: OP-TEE OS 的 commit hash 值为 05e24fd71。

注意: 如上打印仅供参考，版本号及日期可能随着SDK发布有变化

TA 开发

概述

TA（Trusted Application，受信任应用）是指在 TEE（Trusted Execution Environment，受信任执行环境）中运行的应用程序，它们执行高度安全的任务和敏感操作，如加密、密钥管理、身份验证、数字签名等。TA是TEE中的核心组成部分，它们在一个隔离且受保护的环境中运行，与REE（非安全世界）中的普通应用程序和操作系统隔离开来，确保敏感数据和操作不受外部恶意攻击的影响。

构建 TA

关于构建TA所需要的依赖在项目代码 miniboot/optee/hobot_tee_devkit 目录中，其中参考 demo 路径 ta/demo 。

要构建可信应用程序(TA)，切换到目录 miniboot/optee/hobot_tee_devkit 并请遵循以下步骤:

  1. 将您的 TA 源代码放在 ta/customer 目录中。

  2. 打开位于 ta/customer 目录中的 Makefile。

  3. 在 Makefile 文件中将新建的目录名添加到 CTA_DIRS 变量。

  4. 切换到项目代码根目录，执行以下命令编译TA: ./bd.sh lunch  ## 选择开发板类型 和 ./bd.sh

  5. 编译完成后，在 miniboot/optee/hobot_tee_devkit/out/ta 目录中可以看到与 TA源代码 同名目录，里面就是对应的TA程序，以 .ta 为后缀的ELF文件。

  6. 如果您需要清理构建并重新开始，您可以切换到项目代码根目录使用以下命令: ./bd.sh distclean

  7. 将编译完成的镜像烧录进开发板，启动开发板进到 linux shell 命令行，可在文件系统中，/lib/optee_armtz 目录找到 ta 程序

TA的签名与加密

TA的签名

TA由客户签名，目前只支持在BL2由客户签名的板子上使用，请参考X5 Customer root rsa key hash烧录及使用。BL2是由地瓜签名加密的板子，不支持此形式。

生成新的私钥文件

签名TA的私钥位于

miniboot/optee/hobot_tee_devkit/export-ta_arm64/keys/default_ta.pem

私钥格式为RSA2048，可使用openssl命令生成新的密钥

openssl genrsa -out default_ta.pem 2048

替换optee os中的公钥

用于验签TA的公钥位于optee os中，还需要将其替换为新的公钥，通过以下工具来替换

miniboot/optee/hobot_tee_devkit/replace_ta_pubkey

使用方法:

  • -H/–header: 输入，optee的header文件，也就是miniboot/bl3x/tee-header_v2.bin

  • -t/–teeos: 输入，optee os的文件，也就是miniboot/bl3x/tee-pager_v2.bin

  • -k/–key: 输入， key文件，也就是miniboot/optee/hobot_tee_devkit/export-ta_arm64/keys/default_ta.pem

  • -o/–output: 输出，替换了key之后的optee os文件

执行成功之后，将新生成的文件替换miniboot/bl3x/tee-pager_v2.bin

replace_bin

编译TA

修改key文件之后，编译TA，部署TA到板端，并烧录新的optee os，即可使用客户的key来验证TA

注意

更换密钥default_ta.pem之后运行xtest测试case 1039会失败，需要按照optee-test仓库里ta/subkey_notes.txt的方法更新subkey

TA加密

开启TA加密功能

TA默认是只签名，不加密的，客户如果需要加密TA，需要在以下文件miniboot/optee/hobot_tee_devkit/export-ta_arm64/mk/link.mk中开启宏CFG_ENCRYPT_TA， 加密算法为AES128

export CFG_ENCRYPT_TA=y

修改key文件

同时，修改key文件为客户的key，key文件的路径位于

device/horizon/x5/board_cfg/soc/bl2_cfg/user_root.key

编译TA

修改key文件之后，编译TA，部署TA到板端，即可使用加密的TA

注意

  • 客户的key需要烧录到efuse中，烧录的方法参考烧写efuse。

单独编译 TA

前提条件： 请确保按上述 步骤1~3 完成TA源码部署，然后遵循如下步骤：

  1. 切换到 miniboot/optee/hobot_tee_devkit 目录下

  2. 检查 build.sh 文件中环境变量 TOOLCHAIN_PATH 是否为当前 编译工具链 所在路径，确保路径正确

  3. 执行编译脚本 ./build.sh 开始编译

  4. 编译完成后，在 miniboot/optee/hobot_tee_devkit/out/ta 目录中可以看到与 TA源代码 同名目录，里面就是对应的TA程序，以 .ta 为后缀的ELF文件。

  5. 如果您需要清理构建并重新开始，您可以使用以下命令: ./build.sh clean

部署 TA

前提条件： 确保在 miniboot/optee/hobot_tee_devkit/out/ta 目录中可以看到开发的TA程序已经编译完成，以 .ta 为后缀的ELF文件。并且保证开发板中的镜像在启动后在 Linux 文件系统中存在目录 /lib/optee_armtz ，然后遵循如下步骤：

  1. 在开发板正常启动并找到目录 /lib/optee_armtz

  2. 使用USB线将板端与PC连接，将编译好的 TA 程序传到开发板 /lib/optee_armtz 目录里 以 ADB 方式为例

板端需重新挂载 rootfs 为可读写方式

mount / -o rw,remount

PC端执行如下命令，将 TA 部署到板端 注意: 此处以 5b9e0e40-2636-11e1-ad9e-0002a5d5c51b.ta 为例，用户实际使用请以实际编译的 .ta 文件为准

adb.exe push .\5b9e0e40-2636-11e1-ad9e-0002a5d5c51b.ta /lib/optee_armtz

ADB 使用方法请参考通过USB连接