Samsung Knox
三星KNOX是防御级移动安全平台,内置于三星的设备中。 在开机出现三星Logo的同时,会同时出现Secured By KNOX提示,这表明该设备拥有KNOX的安全保护。
1.什么是KNOX?
三星KNOX是一款基于Android平台的安全解决方案,通过物理手段和软件体系相结合的方式全方位增强安全性,从硬件到应用层都能提供最高层级的安全保护,同时完美兼容安卓及谷歌生态系统,为企业及员工个人带来行业领先的移动安全解决方案。
三星手机在工厂制造过程中,将强大的KNOX平台内置在三星手机的硬件与软件中,这让三星手机成为当前市场中最为可靠的设备。当手机处于关机状态时,所有的数据都会处于加密状态,加密的秘钥则存储在芯片的TrustZone中;一旦设备开始启动,KNOX会检查加载的软件是否经过授权;在运行过程中,KNOX会持续监测和保护操作系统内核,一旦发现被侵入,系统会自动锁定部分敏感的应用。
在Gartner的报告中,三星获得了几乎所有安全项目的Strong评价,同时也获得了各国政府和安全组织的认可(点击链接,查看详细报告)。
2.KNOX的实现原理
KNOX构建了一个多层的安全体系,从硬件层面开始,直到操作系统,会验证整个设备的完整性,检测任何可能的入侵,保证用户的数据始终处于安全状态。
KNOX使用全面的,基于硬件的可信环境解决安全问题,包括:Android的安全增强功能、实时内核保护(RKP)、基于TrustZone的完整性测量架构、基于TrustZone的安全性服务、安全启动、可信启动和硬件信任根。
KNOX的设计原理:
1. 首先基于硬件建立一个值得信任的环境
2. 一旦设备开始运行,则对这个环境进行维护,保证它一直处于信任的状态
3. 并在需要的时候,通过证明设备的完整性来检验设备是可以被继续信任的。
2.1 基于硬件的可信环境
三星设备的可信环境是通过硬件来支撑的,主要包括以下硬件组件:
2.1.1安全硬件
l ARM TrustZone Secure World
- Secure World主要用于为高度敏感的软件创造运行环境。
- ARM TrustZone硬件确保内存和标记为安全的组件(例如指纹阅读器)只能在安全的环境中访问。
l Bootloader ROM
- 主引导加载程序(PBL,Primary Bootloader )是引导过程中运行的第一段代码。为了防止篡改,PBL保存在安全硬件的只读存储区域(ROM)中。设备硬件在引导时从ROM加载和运行PBL,PBL启动安全和受信任的引导过程。
2.1.2硬件秘钥
l Device-Unique Hardware Key (DUHK)
- 这是一个设备唯一的对称秘钥,用来把某些数据与特定的设备进行关联。这个秘钥只能通过硬件加密模块进行访问,任何软件都不能直接访问这个秘钥。通过这个秘钥加密的数据被关联到这台唯一的设备上,这些数据在任何其它的设备上都不能被解密。
l Device Root Key (DRK)
- 这是一个设备唯一的非对称RSA秘钥,这个秘钥通过三星的根证书进行签名。这个秘钥被DUHK加密后,DRK只能从安全世界(Secure World)内访问,并受DUHK保护。DRK是信任根的重要部分,因为它会对设备中其它的证书进行签名。因为DRK是每台设备唯一的,它能通过签名,将数据与某台具体的设备相关联。
l Samsung Secure Boot Key (SSBK)
- 这是一个非对称秘钥,用来对启动的各个软件组件进行签名。SSBK的私有部分用来对 Secondary Bootloder和App Bootloader进行签名,SSBK的公共部分在设备生产的时候,被存储在硬件中。启动过程中,会利用公钥来验证加载的软件是否是正规授权的软件。
l Samsung Attestation Key (SAK)
- 这是一个设备唯一的非对称秘钥,这个秘钥通过三星的根证书进行签名。在验证设备完整性的时候,需要产生一些数据,这个秘钥用来证明这些数据是来自于三星设备的Trust Zone。SAK采用了椭圆曲线数字签名算法,它与RSA类似,但是在同样的安全强度下,运行更快。
2.1.3硬件熔断
l Rollback Prevention (RP) fuses
- 表示该设备最小可接受的软件版本。老的软件版本通常有许多已知的漏洞,一旦这个值被设置,设备将不能使用老的软件版本,因为这些老的软件版本通常有许多软件漏洞。
l Warranty fuse
- 这是一个一次性的熔断位,一旦监测到系统加载了非授权的软件,或者一些关键的安全特性被破坏,比如SE Linux被阻止,这个熔断位将会被设置。被设置后,设备敏感数据将不能被继续访问,设备的完整性检测将会失败。
2.2 KNOX如何确保信任环境?
KNOX通过独特的,行业领先的方式来构建值得信任的环境,包括以下四个步骤:
2.2.1 第一步:信任根(ROOT OF TRUST)
信任根(ROOT OF TRUST)是现代安全技术的基石。它从硬件级别开始,这项功能为设备增加了一个安全级别,使其难以被攻击,因为硬件比软件更难被改变。
信任根对许多复杂的安全问题给出了答案,比如,怎么知道启动的操作系统是否已被攻击?能否相信设备中存储的安全证书?能否确认系统软件是否被攻击者修改过?
信任根在三星设备中如何工作呢?
KNOX的安全性开始于工厂,在设备生产的时候,通过硬件随机生成器,生成一个每台设备唯一的硬件秘钥(Device-Unique Hardware Key ,DUHK),因此,在你还没有使用手机的时候,KNOX的安全性就开始发挥作用了。
紧接着,通过这个设备唯一的硬件秘钥(DUHK),产生并加密这台设备的根秘钥(Device Root Key ,DRK)和三星的认证秘钥(Samsung Attestation Key ,SAK)。
一旦设备启动,三星使用安全启动秘钥(Samsung Secure Boot Key,SSBK)来验证每一个启动的软件,保证这些软件都是可信任的。软件的一个组成部分是TrustZone,这是芯片的一部分,用来存储安全性要求极高的代码和数据,只有运行在TrustZone中的特权软件才可以访问上述那些秘钥。
在每个KNOX的功能运行前,软件都会进行检查, 只有确认安全,才会允许这个功能运行。由于这一安全检查从第一次硬件检查开始,因此每个功能都受到了硬件信任根的保护。无论攻击者攻击的目标是哪一个层级,安全检查都会检测到这个攻击。
2.2.2 第二步:建立信任(BUILD TRUST)
可信启动(Trusted Boot)是KNOX平台的代表性功能,三星通过它实现了业界领先的启动保护技术。在未授权的bootloader损害移动设备前,可信启动就能够提前识别出这种危险。
在设备开始运行后,如果需要验证设备的完整性,可以采用KNOX的认证技术,KNOX将会读取可信启动过程中收集的设备度量数据,对设备的完整性做一个基本的判定。
利用上述那些独特的秘钥和证书,KNOX能够验证软件的每一个部分,如果某一个部分验证失败,KNOX可以触发一个一次性的硬件熔断( one-time fuse , KNOX Warranty Bit), 从而记录着这一次的软件侵入,或者阻止更进一步的启动。KNOX Warranty Bits被损坏的设备将不能使用某些KNOX的功能,比如三星智付(Samsung Pay),从而防止损害设备主人的利益。
在引入可信启动之前,三星也应用安全启动(secure boot)来阻止未经授权的操作系统在开机的时候启动。安全启动在每一个bootloader中实现,每一个bootloader都会验证下一个bootloader的签名,任何一步的验证失败,都会导致启动终止。安全启动在阻止未经授权的bootloader方面很有效,但是它不能对两个合法的版本做出区分,比如有一个软件版本存在已知的漏洞,另一个软件版本针对这个漏洞打了patch, 但是这两个版本都有合法的签名,安全启动无法对这两个版本做出区分。为了解决这种问题,三星引入了可信启动,来突破这种限制。
2.2.3 第三步:维护信任(MAITAIN TRUST)
在启动中被验证的软件依然有可能被用户修改,比如下载和安装恶意的软件。KNOX保证系统软件一旦被加载和启动,就不会被修改。KNOX采用一系列的技术来保护操作系统内核,阻止ROOT,这能保护系统进程和资源免受恶意的攻击。
为了维护信任,三星导入了内核实时检测(Real-time Kernel Protection ,RKP)技术。RKP是三星的专利技术,代表了业界在内核保护方面的最高水平。RKP在设备启动的时候就开始运行,不需要任何的设置。
作为KNOX安全的一部分,RKP在一个隔离的环境里运行一个安全监测器。取决于设备型号,这个隔离环境可能是一个专用的管理程序,也可能是硬件支持的安全空间,比如ARM TrustZone。
这项独特的技术能够防止绝大部分的内核攻击。RKP会保护内核代码和数据,防止被篡改。
RKP同时保护了内核的控制流,它防止了ROP(Return Oriented Programming)和JOP (Jump-Oriented Programming)攻击,这些攻击会重用现有的内核逻辑,将内核原有的代码进行拼凑达到攻击的目的。
2.2.4 第四步:认证信任(PROVE TRUST)
在设备运行过程中,你可能想查看你的设备是否曾经被非法侵入过,然后你可以决定是否继续信任你的设备,决定是否继续处理敏感数据。KNOX通过提供认证机制来让你处理这种情况。
当你对设备进行健康检查的时候,恶意软件可能会截获或篡改检查结果,让你误以为你的设备是安全的,但实际上设备已经被入侵了。KNOX使用硬件支持的可信环境来检查和报告被入侵的设备。
因为DRK(Device Root Key)对每一台设备是唯一的,它能通过签名将数据与设备绑定在一起。SAK(Samsung Attestation Key)对要校验的数据进行签名,以证明这些数据来源于TrustZone的安全空间。
从基于硬件的信任根开始,KNOX通过建立信任,维护信任,认证信任一起工作,以确保设备在启动和操作期间设备的完整性。 KNOX的最终目的是提供一个值得用户信任的平台,以满足用户和大小企业的安全需求。
3.联系我们
如果您对三星KNOX有任何问题和想法欢迎发邮件到:
rdtpservice@samsung.com
邮件主题:三星KNOX
后续我们会分享更多技术内容,敬请期待。
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