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HarmonyOS NEXT （六）：系统安全架构

article 2025/3/28 15:14:08

HarmonyOS NEXT （六）：系统安全架构

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一、可信执行环境深度解析

1.1 TEE架构实现

// 安全世界操作系统核心逻辑（C）
void tee_secure_entry(void) {
    init_secure_world();
    while (1) {
        struct smc_cmd cmd = receive_smc();
        switch (cmd.fid) {
            case FID_CRYPTO:
                handle_crypto(cmd);
                break;
            case FID_AUTH:
                handle_auth(cmd);
                break;
            case FID_KEYSTORE:
                handle_keystore(cmd);
                break;
            default:
                send_error(ERR_UNKNOWN_CMD);
        }
    }
}

// 安全内存隔离机制
static void init_memory_protection(void) {
    // 配置内存保护单元
    write_cp15(MPU_RNR, 0);
    write_cp15(MPU_RBAR, SECURE_RAM_BASE);
    write_cp15(MPU_RASR, ENABLE | FULL_ACCESS | EXECUTE_NEVER);
    
    // 启用TrustZone内存控制器
    write_cp15(NSACR, NS_SVC | NS_IRQ | NS_FIQ);
    write_cp15(SCR, NS | AW | FW);
}

核心安全机制：

双世界隔离：基于ARM TrustZone的硬件级隔离
安全启动链：BootROM → Secure Bootloader → TEE OS
运行时防护：内存加密、总线监听防护

1.2 安全服务对比

安全等级	执行环境	典型应用	性能损耗
SL5	硬件安全芯片	数字证书存储	<2%
SL4	TEE安全世界	指纹识别处理	5-8%
SL3	内核保护域	DRM解密	10-15%
SL2	用户空间隔离	支付敏感操作	20-30%

二、分布式身份认证体系

2.1 跨设备认证协议

2.2 生物特征保护方案

// 安全指纹认证实现（ArkTS）
@Entry
@Component
struct SecureBiometricAuth {
  @State authResult: AuthResult = AuthResult.PENDING;

  build() {
    Column() {
      BiometricPrompt()
        .onSuccess(() => this.handleAuthSuccess())
        .onError(() => this.handleAuthError())
    }
  }

  private handleAuthSuccess() {
    const authToken = crypto.generateSecureToken();
    keyStore.save('biometric_key', authToken, {
      encryption: 'SM4',
      integrity: 'SM3',
      access: 'BIOMETRIC_STRONG'
    });
    this.authResult = AuthResult.SUCCESS;
  }

  private handleAuthError() {
    keyStore.delete('biometric_key');
    this.authResult = AuthResult.FAILED;
  }
}

三、数据全生命周期加密

3.1 分层加密体系

加密层级	技术方案	密钥管理	典型应用场景
存储层	文件系统加密（FBE）	硬件绑定密钥	本地数据存储
传输层	TLS 1.3+国密套件	会话密钥	网络通信
应用层	自定义信封加密	业务密钥	敏感业务数据
硬件层	SE安全芯片存储	熔丝密钥	设备身份凭证

3.2 密钥管理实现

// 密钥派生算法实现（C++）
void derive_hkdf(const uint8_t* ikm, size_t ikm_len,
                const uint8_t* salt, size_t salt_len,
                const uint8_t* info, size_t info_len,
                uint8_t* okm, size_t okm_len) {
    uint8_t prk[HASH_SIZE];
    
    // Extract
    hmac_sha256(salt, salt_len, ikm, ikm_len, prk);
    
    // Expand
    uint8_t t[HASH_SIZE];
    size_t done = 0;
    uint8_t c = 0x01;
    
    while (done < okm_len) {
        hmac_sha256(prk, HASH_SIZE, 
                   t, (done ? HASH_SIZE : 0), 
                   info, info_len, 
                   &c, 1, t);
        size_t copy_len = MIN(HASH_SIZE, okm_len - done);
        memcpy(okm + done, t, copy_len);
        done += copy_len;
        c++;
    }
}

四、漏洞防御沙箱机制

4.1 沙箱隔离技术

// 应用沙箱配置示例（ArkTS）
const sandboxConfig: SandboxPolicy = {
  isolationLevel: 'STRICT',
  resourceAccess: {
    fileSystem: '/data/user/0/${packageName}',
    network: {
      allowedDomains: ['api.example.com'],
      maxBandwidth: '1Mbps'
    },
    device: {
      camera: 'DENY',
      location: 'GRANT_ONCE'
    }
  },
  runtimeConstraints: {
    maxMemory: '512MB',
    maxThreads: 8,
    cpuQuota: '30%'
  }
};

SandboxManager.createSandbox('untrusted_app', sandboxConfig)
  .then((sandbox) => {
    sandbox.execute(untrustedCode);
  });