安卓阵营的安全架构历史：一直被“无视”的核心功能

虽然大家都知道硬件安全很重要，但它从来都没有获得过与其重要度匹配的关注度。而荣耀在 1 月 10 日发布的 Magic V，除了新一代骁龙 8 移动平台和折叠屏，还重点宣传了很久没有进入公众视野的安全功能。

荣耀 Magic V 的官方宣传是 “一个保险柜和两把锁”，搭载荣耀首款独立安全存储芯片，拥有独立于安卓操作系统之外的双 TEE（可信执行环境）安全系统。其有隐私维修模式并能随时切换，可以远程锁定 SIM 卡，遭到恶意刷机后也会要求账号密码，即便物理破解存储芯片也无法读取个人数据等众多安全特性。

毫无疑问，智能手机就是普通民众能接触到，科技安全级别最高的产品。在智能手机就能提供极高安全性的今天，我们以最有代表性的高通为例，一起回顾一下 Android 阵营的安全架构历史。

ARM 阵营的安全硬件演进

提到 Android，自然离不开 ARM 指令集和高通。前者是移动世界的基石，后者是 Android 阵营 SoC 的代名词。从高通第一代骁龙 S1 问世至今，骁龙品牌走过了十四年，无论是骁龙 S1 到 S4 时期，还是 “骁龙 8XX” 时期，高通骁龙一直都是 Android 旗舰的御用移动平台。高通骁龙平台持续强化的安全能力，是 Android 生态最重要的安全和隐私基础。

无论是桌面平台的 TPM 可信平台模块，还是移动端的安全芯片，一直追求的都是安全三要素：Confidenciality 机密性、Integrity 完整性、Availability 可用性。而 ARM 阵营安全硬件近 10 年的演变，本身就是一部新功能高速发展和普及的历史。

“史前” 的 ARM v7 指令集就引入了 Security Extension 概念，即 CPU 能够在 “普通世界和安全世界” 间切换，两个模式有独立的 MMU 内存管理单元，有用于隔离内存 TZASC、用于隔离外设 TZP 和 CCI 总线，可以在不增加硬件成本的情况下为提供可信执行环境。

在 ARM v8.x 时代，又先后引进了一系列的安全特性：

• PAN 和 UAO（Privileged Execute Never 和 User Access Only），一定程度把内核态程序和用户资源分隔开；

• PA（Pointer Authentication）和 CFI（Control Flow Integrity），防止跳转指针被修改，保证控制流完整性，防止 ROP 攻击；

• 而下一个里程碑，是 ARM v8.4 在安全世界引入的 hypervisor，软件层面支持多个 TEEOS，安全级别高的支付业务可以跑在独立的 TEEOS 并于通用 TEEOS 隔离；
  

• ARM v8.5 引入 BTI（Branch Target Identifiers）和 MT（Memory Tagging），前者限制间接转跳，防 JOP 攻击，后者能标记内存区域，防止溢出和 UAF 漏洞；
  

• Arm v9（骁龙 8 Gen 1 这一代）提出了 Arm CCA 的概念，引入全新的 “Realm 机密领域”，生成对 OS 或虚拟机管理程序完全不透明的安全容器化的执行环境，保护正在使用的数据与代码，并缩短信任链。

高通骁龙的安全能力演进

当年骁龙 845 的元件示意图↑

从指令集往上，到达 SoC 这一层，高通几乎每代骁龙旗舰都会率先引入最新的安全功能，用户安全和隐私的保护措施在以军事竞赛式的速度升级：

• 2015 年的骁龙 810 引入 SafeSwitch 功能。在丢失手机后，可以远程锁机并轻松抹掉手机上的用户数据，而且 SafeSwitch 先于操作系统启动，让 “简单刷机破账号” 成为历史；
  

• 2016 年的骁龙 820 引入了 Smart Protect，后者是首款利用高通 Zeroth 技术的产品，具备机器学习功能。其基于签名的反恶意软件服务，能自动阻止已知恶意软件的运行，能实时监测手机的后台并做异常警告，最终达到零时差 (Zero-Day) 侦测病毒、恶意软件的效果，且能离线运行；
  

• 2017 年骁龙 835 内置了 Qualcomm Haven 安全平台，包括内容保护、恶意软件检测、防盗、身份验证等 4 大方面。此时的 Android 旗舰已经可以让虹膜、人脸等敏感信息存放在 SoC 的 TrustZone 并与系统隔离。而与 FIDO 联盟、腾讯等厂商的合作，也为指纹和虹膜移动支付铺平了道路；
  

• 骁龙 845 则带来了独立安全处理单元，高通称之为 “安全岛”。这个爆改过的 Arm SC300，有自己的 CPU 内核、独立的电源供应和闪存，能将图像、指纹识别等用户生物信息、银行卡等金融信息独立存储，自带加密引擎，能防止篡改和重放攻击；
  

• 骁龙 855 是首款达到智能卡级别安全性的移动 SoC，通过了 Common Criteria EAL-4 + 全球安全认证，可以省却 OEM 厂商外挂安全芯片的麻烦。其更强的 SPU，能用于 Android StrongBox 和 Gatekeeper 等系统，可以支持离线支付、TPM、电子身份证、加密钱包等功能，并开始支持 iSIM 应用。
  

• 骁龙 865 首发支持当时 Android 系统最新的安全凭证 API，并对 ISP、DSP、存储分别做了安全优化，即使安装了恶意软件，数据也不会被复制到安全区以外。而新的高通传感器中枢，也能以极低的功耗提供安全防护。
  

• 骁龙 888 则为移动端带来了全新的 Type-1 Hypervisor 支持，让手机可以启用同一个系统的多个实例，在进行数据的保护和隔离的同时，能在不同应用和多个操作系统间即时切换，还能让 Hypervisor 应用数据完全与主要操作系统内的其他应用隔离。另外，其也支持 Adobe 的 CAI 数字验证标准，能为照片制作加密印记，用于验证数字内容的真实性。

全新一代骁龙 8，全新的移动安全架构

全新一代骁龙 8 在 2021 骁龙技术峰会发布。发布会开头就紧贴热点，是元宇宙。5G、计算机视觉、头部 / 眼球 / 姿势追踪以及工具、3D 重建、感知算法、情境语言理解 / 音频增强和创作支持，应有尽有。

而此时的骁龙，已经是包含 50 多个芯片组的完整平台，一切都要建立在安全的基础上。今年发布会，开场致辞之后第一个说的就是安全，排位比影像、AI、游戏都要靠前，就知道高通对安全特性的重视程度。

首先，上一代引入的 Hypervisor 深度保护层，现在面向合作伙伴和客户开源了，宣称将允许应用程序和服务与 SoC 的更多部件进行交流，从而在虚拟化环境提供更多特性。

高通也继续贯彻深度防御（Defense-In-Depth）策略，在 Hypervisor 之上再加了一个安全层 —— 全新的信任管理引擎（Trust Management Engine）。其运行在 Android 系统和其他安全服务的管理程序层之下，即使高级别的软件堆栈受损，也能保护低级别数据的安全，并为应用和服务提供额外信任根（Root of Trust）。这个信任管理引擎甚至可以和云端等其他安全技术协同工作，通过云端的网站与应用信用评估，改变本地策略，对新风险第一时间做出反应，实现从芯片到云端的信任防护。

在高通宣称是保险库级别的安全配置下，新一代骁龙 8 成为全球首个符合 Android Ready SE 标准的移动平台。而后者是 Google 在 2021 年 3 月发起，用于 SE 安全芯片标准的研发和推广的联盟，目标上是通过开源的 SE 安全接口和程序，让手机、平板、汽车等智能设备可以用作住房钥匙、车钥匙、数字钱包 / 货币、电子驾照、护照使用，让更多的实体物品数字化。

全新一代骁龙 8 也是首个能让创作者直接在手机上铸造 NFT “非同质化代币” 的移动平台，可以为数字内容 “盖印” 并保存在区块链账簿。高通还与各国政府、通讯服务商建立连接安全场景，实现 Stingray 伪基站防护，提供恶意蜂窝网络识别，阻断其数据连接等功能。新骁龙 8 的安全处理单元 SPU 同样集成 iSIM，只要应用厂商愿意，随时都可以代替物理 SIM 卡和卡槽来节省宝贵的机身空间。

另外，骁龙 8 可以在不录像和录音的情况下，完成全天候的视觉感知，它甚至可以检测到旁边的人偷看屏幕并自动锁屏。而加密性能的提升，也让骁龙 8 打破以前骁龙平台 800MB/s 的持续写入速度限制。

总结

虽然元宇宙还是当红概念，但每天数十亿台移动设备、数百亿次的应用调用、数千亿次的服务请求，手机对现代生活的重塑，其实早就让我们身处数字 “元宇宙” 当中。

移动支付、电子驾照、电子身份证的普及之外，上至 VR/AR 的未来，下至车钥匙、钱包、货币的数字化，数码生活还会继续下沉渗透。移动设备，特别是智能手机的安全功能，其重要性再怎么强调都不为过。

下游应用领域往前狂奔的基础，是高通这些上游供应商提前做好的安全技术支撑。现代智能手机诞生的第 12 年，生物识别大规模应用的第 8 年，高通骁龙为代表的移动 SoC，其软硬件安全功能已经在一轮轮的攻防战中得到了前所未有的增强。而全新一代骁龙 8，也从 TrustZone 到 Hypervisor，再到信任管理引擎、Android Ready SE 标准和 NFT 的支持，让移动安全进入了新的阶段。

科技在被展望时是那么声势浩大，在实现时又是那么悄无声息。现在反过来看，智能设备底层的安全性问题，从来都没有获得过与其重要度匹配的关注度，这或许是件好事。无比低调，甚至很难被感知到，就是对众多强大安全特性最完美注脚。

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