行動裝置中基於物理和軟體的對 TEE 的錯誤注入攻擊：知識系統化

מושגי ליבה

信任執行環境 (TEE) 在現代運算系統中扮演著至關重要的角色，但它們越來越容易受到基於物理和軟體的錯誤注入 (FI) 攻擊，這凸顯了對增強型反制措施和持續研究的需求，以減輕這些威脅並確保敏感資料和操作的安全性。

תקציר

行動裝置中基於物理和軟體的對 TEE 的錯誤注入攻擊：知識系統化

這篇研究論文深入探討了針對行動裝置中信任執行環境 (TEE) 的錯誤注入 (FI) 攻擊。

分析針對 TEE 的 FI 技術，將其分類為基於物理和軟體的方法。
檢視這些攻擊對 TEE 完整性的影響。
找出當前 TEE 安全架構中的差距，並強調需要增強型反制措施。

該論文採用文獻回顧的方法，分析現有的 FI 技術及其對 TEE 的影響。它探討了基於物理的攻擊（如電磁錯誤注入 (EMFI) 和電壓錯誤注入 (VFI)）以及基於軟體的技術。此外，該論文還分析了真實世界的案例研究，以證明這些攻擊的有效性。

תובנות מפתח מזוקקות מ:

Physical and Software Based Fault Injection Attacks Against TEEs in Mobile Devices: A Systemisation of Knowledge

by Aaron Joy, B... ב- arxiv.org 11-25-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.14878.pdf

שאלות מעמיקות

量子運算的進步將如何影響針對 TEE 的 FI 攻擊的有效性和複雜性？

量子運算的進步對針對 TEE 的 FI 攻擊帶來了正反兩面的影響：
有效性提升：

破解加密： 量子電腦擅長破解現今 TEE 廣泛使用的非對稱加密演算法，如 RSA 和 ECC。這將使攻擊者更容易繞過基於這些演算法的安全措施，例如安全啟動驗證或加密資料的存取控制。
加速攻擊速度： 量子演算法可以顯著加快暴力破解密碼和尋找軟體漏洞的速度，使攻擊者能夠更有效地執行 FI 攻擊，例如縮短找到 DVFS 漏洞或執行 Rowhammer 攻擊所需的時間。
複雜性增加：

新的攻擊途徑： 量子運算也可能帶來新的 FI 攻擊途徑，例如利用量子現象來影響電路行為或產生難以預測和防禦的錯誤。
防禦技術的演進： 為了應對量子威脅，TEE 製造商需要開發新的安全機制，例如後量子密碼學和抗量子 FI 的硬體設計。這將增加攻擊者執行攻擊的複雜性。
總體而言，量子運算的進步將使針對 TEE 的 FI 攻擊更具威脅性，但也將推動更強大的安全措施的發展。

TEE 製造商能否在不影響效能或效率的情況下完全消除 FI 攻擊的威脅？

完全消除 FI 攻擊的威脅極具挑戰性，尤其是在不影響效能或效率的情況下。
挑戰：

硬體的物理限制： FI 攻擊利用了硬體的物理特性，例如電磁輻射或電壓變化。完全消除這些特性在現今的技術下幾乎是不可能的。
軟體的複雜性： 軟體漏洞，例如 DVFS 和 MSR 中的漏洞，為 FI 攻擊提供了可乘之機。鑑於軟體系統日益複雜，完全消除這些漏洞非常困難。
效能和效率的權衡： 許多安全措施，例如錯誤檢測和糾正機制，會影響效能和效率。在不影響使用者體驗的情況下找到適當的平衡點並不容易。
可行的措施：

多層次防禦： 結合硬體和軟體安全措施，例如使用感測器偵測物理攻擊、採用亂序執行和隔離技術來防禦軟體攻擊。
持續監控和更新： 定期監控系統以識別潛在的漏洞，並及時發布軟體和韌體更新以修補漏洞。
威脅建模和測試： 在設計階段就考慮 FI 攻擊的威脅，並進行嚴格的測試以評估系統的防禦能力。
儘管完全消除 FI 攻擊的威脅非常困難，但通過採取多層次防禦策略，TEE 製造商可以顯著提高攻擊的難度和成本，從而有效降低風險。

如果我們假設所有系統最終都容易受到 FI 攻擊，那麼我們可以採用哪些替代安全範例來保護敏感資料和操作？

如果我們假設所有系統最終都可能受到 FI 攻擊，那麼我們需要改變思維模式，從單純的「防止攻擊」轉變為「即使在攻擊成功的情況下也能保護資料和操作」。以下是一些替代安全範例：

資訊理論安全 (Information-Theoretic Security): 採用即使攻擊者擁有無限計算能力也無法破解的加密演算法，例如一次性密碼本 (One-Time Pad)。
秘密共享 (Secret Sharing): 將敏感資訊分割成多個部分，並將其儲存在不同的位置或設備上。只有當所有部分組合在一起時，才能恢復完整資訊。
同態加密 (Homomorphic Encryption): 允許在不解密的情況下對加密資料進行運算。這意味著即使攻擊者獲得了資料，也無法得知其內容或運算結果。
安全多方計算 (Secure Multi-Party Computation): 允許多個參與者在不洩露各自輸入資訊的情況下，共同計算一個函數。這對於需要在不受信任的環境中進行協作計算的應用程式非常有用。
形式化驗證 (Formal Verification): 使用數學方法來證明系統的安全性，確保系統設計和程式碼沒有邏輯缺陷，可以有效抵禦 FI 攻擊。
除了技術手段，我們還需要加強安全意識培訓，提高使用者對 FI 攻擊的認識，並採取適當的安全措施來保護敏感資料和操作。
總之，在假設所有系統都可能受到 FI 攻擊的情況下，我們需要採用更強大的安全範例，從而構建更安全的系統。