ARM TrustZone技术简介 -- 2

对具有TrustZone的ARM处理器来说,为了保证运行其在EL3,安全侧和非安全侧的不同软件系统,其一般分为多个部分被bootloader分别进行加载运行,其流程在Linaro的Trust Firmware中有介绍,其基本流程如下图所示


当系统复位之后,先通过第一级的Bootloader 这里叫做 BL1进行启动其会加载BL2的系统加载器,而BL2 会将BL31 Trust Firmware, BL32 安全OS, BL33 Linux加载到内存的位置中,然后切换到BL32执行,BL32执行完初始化之后会通过BL31 的代码切换到BL33 进行对Linux系统的初始化工作,然后整个系统上的不同安全区域的系统就都正常运行起来了。

而当系统正常运行时,其基本结构如下图所示


Linu

### PUF(物理不可克隆函数)的定义、特性及结构 #### 定义 PUF(Physical Unclonable Functions,物理不可克隆函数)是一种基于硬件固有的物理特性的安全机制。它通过利用制造过程中的微小变化来生成唯一的身份标识符或密钥[^1]。 #### 特性 1. **独特性**:由于制造工艺中的随机性和不确定性,每个PUF实例都具有独特的响应模式,无法被精确复制。 2. **不可预测性**:即使知道某些输入和输出的关系,也无法推断其他未知输入对应的输出。 3. **鲁棒性**:尽管存在噪声或其他干扰因素,PUF仍能保持较高的稳定性和可靠性。 4. **轻量级设计**:适合应用于资源受限的环境,如物联网设备、可穿戴设备等。 #### 结构 一种常见的PUF类型是SRAM PUF,其工作原理如下: - 利用SRAM单元在加电瞬间的状态分布作为基础数据源。 - 这种状态是由制造过程中不可避免的小型偏差决定的,从而形成了一种天然的随机性[^3]。 ### TrustZone 技术简介 ARM TrustZone 是一种系统级别的隔离技术,旨在创建一个独立的安全区域——可信执行环境 (TEE),用于保护敏感操作和数据免受恶意软件攻击的影响。TrustZone 将处理器分成两个域:“正常世界”(Normal World) 和 “安全世界”(Secure World)。 ### PUF 与 TrustZone 的区别 | 方面 | PUF | ARM TrustZone | |--------------|-----------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------| | **核心功能** | 提供唯一的硬件指纹,可用于身份验证、密钥生成等 | 创建分离的操作环境以增强安全性 | | **实现方式** | 基于硬件本身的物理属性 | 软硬结合的方式,在 CPU 层面上划分权限 | | **应用场景** | 主要集中在低功耗小型化设备上的密钥管理以及防伪等方面 | 更广泛适用于智能手机和平板电脑等领域,保障支付交易、生物识别等功能的安全运行 | ```python def puf_response(challenge): """ Simulate a simple challenge-response mechanism using an idealized model of a PUF. Args: challenge (int): Input value to the PUF. Returns: int: Response generated by the PUF based on its internal characteristics. """ # Hypothetical function representing unpredictable behavior due to manufacturing variations response = hash((challenge ^ random.randint(0, 2**32))) % 2**8 return response ```
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