2024年2月25日发(作者：)
智能网联汽车TEE可信执行环境实现虚拟HSM典型案例
背景描述
当前，智能网联汽车的信息安全对纵深防御的要求越来越高，硬件安全模块HSM（Hardware Security Module）是其中一种技术方案，其核心功能是围绕加解密运算，实现重要数据保护。但限于现实的软硬件条件，有不支持或者不能使用HSM的情况，这给车企带来了很大困扰。为解决这类课题，较成熟的可信执行环境(Trusted Execution
Environment ,TEE)技术，不仅能提供HSM的功能，也能构筑系统的安全基础能力环境，并具有安全性、稳定性、灵活性、扩展性等特性，且不增加额外成本，是一种较合适的技术解决方案。
技术实现
TEE可信执行环境是在车载零部件的开放系统REE（Rich Execution
Environment，例：Linux、Android、AutoSAR、RTOS等系统）上，创建一个可信的、独立的、物理隔离的执行空间，即隔离的安全屋。安全资产不出可信域，例如：密钥证书、核心逻辑等安全资产基于TEE可以实现虚拟HSM、安全通信、密钥证书管理、设备认证等常用的安全功能，为REE侧提供安全服务。其中虚拟HSM主要由安全加解
密、安全存储、真随机数、计数器等组件实现，这些组件是TEE中间层最基础服务。加解密组件可支持国际/国密各种加解密算法，支持对接到内嵌硬件加解密引擎，也支持外接安全芯片。安全存储可以支持安全文件存储和RPMB(Replay Protected Memory Block)存储，RPMB存储具有防篡改、防重放攻击等特点。基于TEE实现虚拟HSM功能具体架构如下图所示：
TEE可信执行环境的安全应用案例
考虑车载实际安全需求，TEE可信执行环境除了提供HSM功能，也提供了安全通信、密钥证书管理、设备认证等扩展功能。安全通信主要提供车内外传输保护；密钥证书管理主要为各应用提供密钥生命周期管理，用于保护数据安全；设备认证主要确认零部件设备是否合法，同时也可提供用于安全审计的安全时间功能。除此之外，考虑车
载的安全需求多样化，也支持用户定制化服务，可在TEE开发定制安全应用TA，用于解决REE侧的个性化安全需求。
下图是硬件安全模块HSM的三个等级需求功能，具体的HSM模块应用场景不同，需求等级也不同。
序基本功能
号
RAM随机存取存1
储器
NV非易失性存储2
器
3 对称加密加速器
非对称加密加速4
器
5
6
7
8
9
实现效果
哈希加速器
计数器
随机数生成器
安全CPU
输入输出组件
√
√
√
√
√
√
√
√
√
可选
可选
√
√ √ √
√ √ 可选
√ √ 可选
M HSM SM
Full HSMedium Light H
在实际开发中，虚拟HSM功能通过TEE中TA实现，在TA中实现了上图的HSM全功能，而且可再扩展其他功能，非常灵活。在实际应用中，可无感TEE存在，同使用HSM一样。在定制化开发中，提供符合国际规范GP的标准接口，用于开发安全业务，支持在各车型间移植。在实际业务中，通过TEE可以做到HSM无法完成的事情。除了上述扩展功能，还可提供安全外设、可信界面等功能。同时也可将原有安全业务移植到TA中实现。在安全方面，HSM在物理特性方面具有更高的安全性。TEE在外设保护、数据流保护、安全决策等具有优势。结合实际需求，可采取TEE和HSM融合的方式，取长补短，保护车载安全资产。
豆荚科技的TEE方案主要说明如何用TEE虚拟HSM功能，同时也为纵深防御的安全需求的业务提供了技术支撑。例：易被攻击的远程控车、软件更新、车载诊断、位置服务等，都可用TEE技术实现纵深防御。
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