2021-12-02 14:32

隐私计算词典丨藏在房子里的保险柜——可信执行环境

前言:隐私计算赛道作为当下的风口赛道,无数企业纷纷涌入,抢跑占道。作为一家专注于区块链隐私计算赛道科普入门的垂直媒体,同时也是针对隐私计算兴趣者开放的“纯天然”、低门槛入口,我们汇总并分类了隐私计算行业内晦涩难懂的名词,编写了「隐私计算词典」板块,帮助大家理解、学习。

主流的隐私计算技术有三类——

  • 基于密码学的安全多方计算
  • 基于可信硬件的可信执行环境
  • 基于人工智能的联邦学习

在前两篇文章中,我们介绍了关于安全多方计算的相关概念,此篇我们来学习 「TEE 可信执行环境」

「TEE 可信执行环境」全称 Trusted Execution Environment。顾名思义,可信执行环境技术可以提供一个受信任的环境,进行隐私数据处理、计算等执行操作

如果用一个词来概括这项技术的特点,就是「隔离」。 具体来说,该技术采用了一种基于硬件和操作系统的安全架构,通过技术手段在 CPU 中建立一个硬件层面完全封闭的环境,这个环境不一定会占有 CPU 的物理位置,也许只是在逻辑上占用了一定的执行空间。空间内部与外部进行信息隔离,敏感数据可以在这个安全空间中进行计算,过程机密且不受外界干扰。 

举个例子:将 CPU 比作一栋房子,人们通过技术、算法在房子里设立了一个 TEE 保险柜,保险柜中是正在运行计算的隐私数据或代码,即便是房子的主人,也无法读取保险柜中的数据,或是去干涉数据运算的过程。 

TEE 可信执行环境具有以下特点: 

  • 高安全性

TEE 与外部隔离,隐私数据、代码能够得到保护,具有较强的安全性和抗攻击性。 

  • 高性能

TEE 运行在智能移动设备的 CPU 上,在进行机密数据计算时,可以充分使用 CPU 的全部性能。 

  • 高通用性

拥有 CPU 的智能设备基本都具备 TEE,并且除了数据和代码,TEE 中还可以同时运行多个可信应用,因此通用性高。

  • 快速通信

与 TEE 相对应的是通用执行环境 REE,是指所有移动智能设备通用的环境。TEE 可以快速访问 REE 的内存,反之则不行。 

在实际使用中,REE 能够提供丰富而灵活的功能,但安全性低;TEE 功能较单一,但安全性高。因此,现多采用 TEE 与 REE 相结合的形式,为设备终端提供功能服务。

当 REE 中涉及隐私数据需要进行计算时,便将加密数据送入可信执行环境 TEE 中,隐私数据在 TEE 内部被解密为明文再进行计算。

正是因为 TEE 能够实现“数据可用不可见”,因此在实际应用场景中,很多用例都采用了 TEE 技术,例如: 

  • 内容保护:防止电影、音乐、艺术作品等被盗用。
  • 金融服务:电子支付等交易场景。
  • 生物认证:面部识别、指纹认证等身份认证。
  • 机密保护:企业或政府的机密信息保护。

我们以智能手机的生物认证为例—— 得益于科技的进步与发展,智能手机的功能日益变得强大,手机基本成为了每个人生活中的必备物品。 

而手机锁屏是大家最常见的手机功能之一,用于人们在不使用设备或设备丢失时,能够有效防止手机中存储的信息被其他用户读取或操作,造成隐私泄漏、资产转移等安全性问题。 

手机采用的锁屏机制,是由 REE 运行的操作系统(如 Android、IOS)提供的锁屏服务,而在锁屏情况下解锁一般需要用户输入密码、指纹识别或面容识别。 

在屏幕锁屏和解锁的过程中,TEE 和 REE 具体如何运作? 

  1. REE 提供锁屏服务,对屏幕进行锁定
  2. 手机需要解锁时,用户输入解锁信息,调用 TEE 中的可信应用
  3. TEE 提供安全锁屏应用,对用于解锁屏幕的隐私信息进行验证
  4. 验证结果反馈给 REE,REE 根据 TEE 的验证结果,实现屏幕解锁或者提示解锁信息错误

由此可知,可信应用也在 TEE 中运行。可信应用之间通过密码学技术进行隔离,无法获取或计算其它可信应用的数据,而可信应用在执行前,需要做完整性验证,所以更加保证了安全。

简单来说,TEE 即通过建立一个可信区域,用于隐私数据运算或是可信应用运行,保证执行过程中的数据信息安全,实现数据“可用不可见”。 

诚然,具有高安全性、高性能等优势的 TEE 可信执行环境技术为隐私计算提供了可行的技术支持。但我们无法否认 TEE 并非完美,从数据安全角度来看,由于 TEE 完全依赖可信硬件且计算集中,的确存在安全隐患和缺乏公平性

尽管只言片语中看起来 TEE 只是隐私计算的一部分,但得益于其可以形成极高安全性的代码执行空间,在区块链领域可以有效解决智能合约执行时的代码泄露等问题

近几年,有不少区块链项目开始探索 TEE 与区块链结合应用的可行性。可以肯定的是,未来将会有更多的区块链项目采用 TEE 技术来保护数据隐私。 

而在广泛应用之前,如何利用好区块链优势解决 TEE 的集中计算,将 TEE 执行环境扩容,实现多个 TEE 内存高效共享等问题,都将是具有挑战性的话题。 

本文链接:https://www.8btc.com/media/6713006
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