Mobil operatsion tizimlar xavfsizligi va uni amalga oshirish mexanizmlari

Mobil operatsion tizimlar xavfsizligi va uni amalga oshirish mexanizmlari.
Mobil
qurilmalar
uchun
xavfsizlik
mexanizmlarining
rivoji
shahsiy
kompyuterlarga qaraganda boshqa yo’l bilan ketdi. Xavfsizlik mexanizmlari mobil
qurilmalar himoyalanganligiga yanada qat’iy talablarni ta’minlashi lozim edi.
Himoyalanganlikka asosiy talablar quyidagilar:
- qurilma identifikatori (International Mobile Equipment Identifier, IMEI) ixtiyoriy
vositalar,
xususan,
mexanik,
elektrik
va
dasturiy
vositalar,
yordamida
manipulyasiyalanishidan himoyalanishi lozim;
- mobil qurilmani ishlab chiqarish bosqichida kalibrlangan radiochastota
sozlanmasi himoyalangan holda saqlanishi lozim;
- operatsion tizim Windows operatsion tizimiga xos "o’limning ko’k ekrani" deb
ataluvchi kritik xatoning paydo bo’lishiga to’sqinlik qiluvchi, ishonchli bo’lishi lozim.
Ushbu kritik xato natijasida operatsion tizim qayta yuklanadi.
Ushbu talablarning bajarilishini ta’minlash uchun dasturiy va apparat sathlarda
himoya mexanizmlari yaratilgan va joriy etilgan.
Quyida keng tarqalgan ARM TrustZone prosessor misolida dasturiy va apparat
sathlardagi himoya mexanizmlari batafsil bayon etilgan. Ushbu prosessor aksariyat
smartfonlarda va planshetlarda o’rnatiluvchi komandalarning nabori qisqartirilgan
(RISC) Advanced RISC Machine (ARM) arxitekturaga ega.
TrustZone xilidagi prosessorlarda dasturiy sathdagi himoya mexanizmlari.
ARM TrustZone konsepsiyasi asosida bajarish muhiti sathida himoyalangan
(trusted), yoki boshqacha aytganda bajarishning xavsiz muhiti TEE va himoyalanmagan
(non-trusted), yoki boshqacha aytganda bajarishning ochiq muhiti REE ga ajratish yotadi
(2-rasm).
Rich OS - to’liq funksional operatsion tizim, ya’ni bibliotekalar, servislar va
xizmatlar nabori. Bular tizim komponentlarini (ichki va chetki ilovalarni) boshqarishning
umumiy funksiyalarini ta’minlaydi.
Secure OS – ishonchli operatsion tizim. Xavfsizlik yuzasidan funksiyalari
cheklangan.
Trustlet – begona ishlab chiqaruvchilar taqdim etishi mumkin bo’lgan tekshirilgan
ilova.
TEE (Trusted Execution Environments) – kritik muhim komponentlar xavfsizligini
ta’minlovchi apparat (TrustZone) va dasturiy (Secure OS + ilovalar) vositalar majmui.
REE (Rich Execution Environment) – mobil qurilma ilovalari bilan ishlovchi mobil
operatsion tizim.
2-rasm. TrustZone madadili mobil qurilmalar dasturiy
ta’minotining arxitekturasi.
Ishonchli operatsion tizim
TrustZone madadili mobil qurilma
Monitor Mode
Mobil operatsion tizimi
Bajarishning ochiq muhiti REE
Bajarishning xavfsiz muhiti TEE
TrustZone ning API TEE bibliotekasi
Ichki API TEE va shifrlash algoritmlar
bibliotekasi
Ilova
Ilova
Ishonchli
ilovalar
Rich OS
Secure OS
Ilova
Ilova
Ishonchli
ilovalar
⋮
⋮
Umuman olganda, TEE va REE bajarish muhitlari orasidagi farq katta emas.
Ikkalasida prosessorlarda mumkin bo’lgan barcha rejimlar (supervisor, user, data abort
va h.) mavjud. Doimo himoyalangan Monitor Mode bundan mustasno.
Monitor Mode mobil tizim monitoringi uchun quvvatli instrument hisoblanadi.
Uning yordamida quyidagilar amalga oshirilishi mumkin:
- jarayonlarni nazoratlash, ya’ni keraksizini tezda to’xtatish imkoniyati bilan
barcha ishga solingan jarayonlarni kuzatish;
- tarmoq interfeyslari monitoringini amalga oshirish, ya’ni ishlatiluvchi tarmoq
interfeyslarini kuzatish;
- tarmoq aktivligini kuzatish va monitoringini amalga oshirish, ya’ni har bir
ulanishdagi IP-adres xususidagi batafsil axborotni taqdim etish;
- ishlatiluvchi xotira, akkumulyator zaryadi, fayl tizimi holati xususidagi axborotni
yig’ish;
- barcha tizimli xabarlarni vaqtning real rejimida kuzatish.
Quyida yuklash va muhitlarni TEE va REE larga ajratishning soddalashtirilgan
algoritmi (3-rasm) va uning tavsifi keltirilgan.
3-rasm. Yuklash va muhitlarni REE va TEE larga ajratishning soddalashtirilgan
algoritmi.
Prosessor Monitor Mode rejimida ish boshlaydi, ya’ni bajarishning xavfsiz muhiti
TEEda bo’ladi va TEEning asosi hisoblanuvchi Secure OS ga bootloader ni yuklashni
boshlab beradi. (BL-yuklovchi - Bootloader – yuklash jarayonining normal rejimda
amalga oshirilishi uchun operatsion tizim yadrosini nazoratlovchi dastur). TEE tizimning
BL
Bajarishning
xavfsiz muhiti TEE
(Secure OS)
Bajarishning ochiq
muhiti REE
(Rich OS)
Monitor
Mode
Secure OS
(TEE)
Bootloader
(GRUB)
Rich OS (Linux)
(Non-trusted)
barcha kerakli xavfsizlik konfiguratsiyasini sozlaydi. Masalan, u ochiq REE muhiti
foydalanuvchisidan barmoq izlari skanerini va operativ xotira qismini bekitadi. So’ngra
REEga o’tish boshlanadi. Undagi boshqa yuklagich, masalan GRUB (GRand Unified
Bootloader) – operatsion tizim yuklagichi, foydalanuvchiga bir necha o’rnatilgan
operatsion tizimlarga ega bo’lishiga va kompyuter ishga tushganida ularning birini
yuklash uchun tanlashga imkon beradi. Undan so’ng Rich OS oddiy tartibda ishga
tushiriladi.
Shunday qilib, ARM TrustZone ma’lumotlarning shifrlangan ko’rinishda
himoyalangan saqlanishini, bazaviy kalit asosida kalitlarni generatsiyalashni va imzolarni
tekshirishni ta’minlaydi. ARM TrustZone dan foydalanishning klassik misollari –
elektron to’lovlarni himoyalash, video/audio kontentning xususiy patentlangan dasturiy
ta’minotini, har xil ma’lumotlarni autentifikatsiyalash.
TrustZone xilidagi prosessorlarda apparat sathdagi himoya mexanizmlari. Mobil
qurilmalarda axborotni apparat himoyalash yagona asosiy chipda integrallashgan doimiy
va operativ xotiraning katta bo’lmagan soniga ega markaziy prosessordan, tashqi
qurilmalar va uzilishlar kontrollerlaridan hamda sozlash va trassirovka portlaridan iborat.
Bunday prosessorga o’rnatilgan elementlar umumiy shina orqali ulangan, mobil
qurilmaning boshqa komponetlari – asosiy (operativ) xotira, flesh-xotira, displey, antenna
va h. – asosiy chipdan alohida amalga oshirilgan (4-rasm).
Apparat elementlaridan foydalanish prosessorning himoyalangan yoki shtat
rejimida ishlashini aniqlovchi holatlar bayrog’chasi yordamida amalga oshirilgan.
Holatlar bayrog’chasi markaziy prosessorning kommunikatsiya shinasi orqali uzatiladi.
4-rasm. Mobil qurilmaning apparat konfiguratsiyasi misoli
Markaziy prosessor mos holda, REE va TEE larga mo’ljallangan oddiy yoki
himoyalangan rejimlarda ishlashi mumkin. Himoyalangan rejimda yuklash va sozlash
ro’y beradi, so’ngra oddiy rejim harakatga keltiriladi. Ma’lum komandalar bajarilishida
himoyalangan rejimga o’tkazilishi mumkin.
Ishonchli ilovalar, yuqorida aytilganidek, TEE da bajariladi. TEE da ishonchli
ilovalar ishonchli operatsion tizimda minimal funksionallik bilan, ya’ni axborotni apparat
himoyalash mexanizmining markaziy prosessorida ishlanadi. Ishonchli operatsion tizim
ishonchli ilovalarning REE ilovalari bilan bog’lanishlari, hamda kriptografiya
funksiyalarini chaqirish va himoyalangan saqlanish uchun ishlatilishi mumkin bo’lgan
TEE ning ichki dasturlash interfeysidan iborat.
Xavfsizlikni ta’minlashga yondashishlar kompleks xarakterga ega bo’lib, dasturiy
ham apparat modullari kabi tizimning ko’p qismini qamrab oladi. Kompleks yondashish
apparat qismi tomonidan oldin erishib bo’lmagan ishonchli himoyali dasturiy
yondashishning moslanuvchanligini ta’minlaydi. Bu qurilmada oldindan o’rnatilgan
funksiyalar nabori bilan cheklanmay, vaqt o’tishi bilan tizimni dasturiy va xavfsiz
yangilashga imkon beradi.
Prosessorning
o‘rnatilgan xotirasi
Modem
Foydalanishni
boshqarishning apparat
mexanizmi
Yuklovchi doimiy
xotira
Markaziy prosessor
Foydalanishni
boshqarishning apparat
mexanizmi
Foydalanishni
boshqarishning apparat
mexanizmi
Xotira kontrolleri
Xotira kontrolleri
Prosessor tashqarisidagi
xotira
Tashqi qurilmalar
Kristalldagi tizimning ichki shinasi
(holat bayroqchasini uzatadi)
Kristalldagi tizim perimetri
|