optee UTA加载

流程

在这里插入图片描述

动态TA按照存储位置的不同分为REE filesystem TA：存放在REE侧文件系统里的TA；
Early TA：被嵌入到optee os里的在supplicant启动之前就可用了。
这里我们讲的是常规的存放在REE侧文件系统里的TA。

通过GP标准调用的与TA通信的命令(opensession\invoke\closession)其实都是std smc call，该smc调用后，会进入到TEE中的tee_entry_std中。
在__tee_entry_std函数中调用就是opensession\invoke\closession的接口，调用到entry_open_session接口

  1. 动态TA最终会在tee_ta_init_user_ta_session函数里加载。
    tee_ta_init_user_ta_session里调用ldelf_load_ldelf函数，其实现大致为:
  2. 在代码编译的时候，optee-os下的ldelf目录下编译出ldelf.elf二进制文件，通过gen_ldelf_hex.py脚本将ldelf.elf二进制文件生成ldelf_hex.c文件，其二进制数据会被写入数组ldelf_data，还有代码段，数据段的大小
  3. 在ldelf_load_ldelf函数中将ldelf_data加载到内存中
    再通过ldelf_init_with_ldelf函数调用thread_enter_user_mode函数切换到用户模式el0，运行ldelf的代码
  • PTA最终tee_ta_init_pseudo_ta_session函数里加载

ldelf

elf格式的文件是一种可执行文件，ldelf就是加载elf文件的加载器。
而TA文件就是加了头的elf文件，所以ldelf其作用为load需要加载的TA。
调用ldelf → ta_elf_load_main → load_main加载TA的二进制文件。

optee_os\ldelf\start_a64.S

https://blog.csdn.net/qq_42878531/article/details/121783732

init_elf

验签、解密、加载TA二进制文件，并判断其是否是ELF格式。
sys_open_ta_bin
系统调用 ldelf_syscall_open_bin 函数，其功能是调用systemPTA，找到并打开TA文件，并返回句柄。
此函数会遍历注册的TA_STORE，调用open等操作函数。注册的是下面这个。

TEE_TA_REGISTER_TA_STORE(9) = {
	.description = "REE",
	.open = ree_fs_ta_open,
	.get_size = ree_fs_ta_get_size,
	.get_tag = ree_fs_ta_get_tag,
	.read = ree_fs_ta_read,
	.close = ree_fs_ta_close,
};

ree_fs_ta_open

  1. 先调用rpc_load：通过rpc调用ree侧的tee_supplicant ，传入uuid，ree侧将uuid对应的TA二进制文件加载到共享内存中，在rpc_load中包含两次TA加载的rpc请求，第一次参数里只有UUID，因为此时optee-os不知道加载的TA的image大小，tee supplicant接收到TA加载请求后由于解析出参数的image size为0，所以其通过UUID读取TA文件后计算出ta_size，发现传入大小不足，所以此时没有加载TA 并返回需要传入的size给到optee-os的rpc_load()
  2. 其得到size后通过rpc请求size大小的共享内存并得到地址，此时将uuid、共享内存地址、size传入作为第二次rpc加载TA请求，tee-suplicant收到后加载TA到对应的共享内存中。
/* Request TA from tee-supplicant */
res = rpc_load(uuid, &ta, &ta_size, &mobj);
shdr_alloc_and_copy

通过rpc_load()之后得到的TA加载的共享内存地址，因为TA镜像在签名时增加签名相关的头部文件shdr，在此函数中计算shdr的大小，struct shdr + hash_size + sig_size。然后申请此大小的内存并将TA镜像的shdr拷贝到申请的内存里。用于后面的验签流程。

/* Make secure copy of signed header */
shdr = shdr_alloc_and_copy(ta, ta_size);
shdr_verify_signature

执行验签工作。传入镜像头部文件shdr指针。shdr包括了magic、img_type、img_size、algo等参数。先检验代码中的magic与shdr中的是否一致，从前面提到的ta_pub_key.c中读取ta_pub_key_modulus，提取出pub_key，从shdr中提取hash和sig，使用rsa算法验签此shdr。

/* Validate header signature */
res = shdr_verify_signature(shdr);

然后在ree_fs_ta_open()里还要取出TA镜像里的uuid与传入的uuid比较，并初始化hash_ctx。

sys_map_ta_bin

ldelf_syscall_map_bin，其功能是调用systemPTA，映射TA二进制文件的各种segment到安全内存中。
res = sys_map_ta_bin(&va, SMALL_PAGE_SIZE, flags, elf->handle, 0, 0, 0);
在init_elf中，此处是第一次调用，传入的长度是0x1000，最小页大小。目的为先将TA的从0到0x1000的数据映射到安全内存。主要作用先申请块安全内存，然后映射其地址。

struct fobj *f = fobj_ta_mem_alloc(num_pages);
mobj = mobj_with_fobj_alloc(f, file);
res = vm_map_pad(uctx, va, num_rounded_bytes,
                 TEE_MATTR_PRW, vm_flags, mobj, 0,
                 pad_begin, pad_end, 0);

经过这几个步骤，其就会申请了大小为num_pages个pages的空间，并映射到va_range的地址空间里，调试出的信息就是申请的是phys安全内存物理地址，变为了va的虚拟地址（fobj_ta_mem_alloc）。
在这里插入图片描述

optee启动时已划分好
在这里插入图片描述

binh_copy_to

然后调用binh_copy_to函数，此函数调用注册的ree_fs_ta_read，将共享内存中的TA镜像加载到安全内存中。

/*此函数是根据binh句柄，其中记录了当前读取ELF文件的偏移，文件总大小的信息，
  来从offs_bytes在文件中的偏移，读取num_bytes长度的数据到va这个地址,其
  调用注册的read接口，也就是ree_fs_ta_read
  */
static TEE_Result binh_copy_to(struct bin_handle *binh, vaddr_t va,
			       size_t offs_bytes, size_t num_bytes)
{
	TEE_Result res = TEE_SUCCESS;
	size_t next_offs = 0;

	if (offs_bytes < binh->offs_bytes)
		return TEE_ERROR_BAD_STATE;

	if (ADD_OVERFLOW(offs_bytes, num_bytes, &next_offs))
		return TEE_ERROR_BAD_PARAMETERS;

	if (offs_bytes > binh->offs_bytes) {
		/*此处需要读取文件的偏移已经大于了文件所处的偏移，因为ELF文件中的segment
          之间存在空的部分，如果不读取中见的信息，那么ree_fs_ta_read里更新
          hash_ctx就会出问题，导致校验hash不过，所以传入空的地址给read函数，
          只是为了读取空的部分更新hash_ctx，并不加载*/
		res = binh->op->read(binh->h, NULL,
				     offs_bytes - binh->offs_bytes);
		if (res)
			return res;
		binh->offs_bytes = offs_bytes;
	}

	if (next_offs > binh->size_bytes) {
		/*这种情况就是需要读取的部分已经超过了文件的范围，所以此时直接将文件
          剩下的全部读取*/
		size_t rb = binh->size_bytes - binh->offs_bytes;

		res = binh->op->read(binh->h, (void *)va, rb);
		if (res)
			return res;
		memset((uint8_t *)va + rb, 0, num_bytes - rb);
		binh->offs_bytes = binh->size_bytes;
	} else {
		res = binh->op->read(binh->h, (void *)va, num_bytes);
		if (res)
			return res;
		binh->offs_bytes = next_offs;
	}

	return TEE_SUCCESS;
}
ree_fs_ta_read
static TEE_Result ree_fs_ta_read(struct user_ta_store_handle *h, void *data,
				 size_t len)
{
	struct ree_fs_ta_handle *handle = (struct ree_fs_ta_handle *)h;
	/*获取TA镜像除去头之后的elf格式所在位置*/
	uint8_t *src = (uint8_t *)handle->nw_ta + handle->offs;
	size_t next_offs = 0;
	uint8_t *dst = src;
	TEE_Result res = TEE_SUCCESS;

	if (ADD_OVERFLOW(handle->offs, len, &next_offs) ||
	    next_offs > handle->nw_ta_size)
		return TEE_ERROR_BAD_PARAMETERS;
	/*判断TA类型*/
	if (handle->shdr->img_type == SHDR_ENCRYPTED_TA) {
		if (data) {
			dst = data; /* Hash secure buffer */
			/*解密len长度的数据到安全内存中，加载多长的数据就解密多长的数据*/
			res = tee_ta_decrypt_update(handle->enc_ctx, dst, src,
						    len);
			if (res != TEE_SUCCESS)
				return TEE_ERROR_SECURITY;
		} else {
			size_t num_bytes = 0;
			size_t b_size = MIN(1024U, len);
			uint8_t *b = malloc(b_size);

			if (!b)
				return TEE_ERROR_OUT_OF_MEMORY;

			dst = NULL;
			while (num_bytes < len) {
				size_t n = MIN(b_size, len - num_bytes);

				res = tee_ta_decrypt_update(handle->enc_ctx, b,
							    src + num_bytes, n);
				if (res)
					break;
				num_bytes += n;

				res = crypto_hash_update(handle->hash_ctx, b,
							 n);
				if (res)
					break;
			}

			free(b);
			if (res != TEE_SUCCESS)
				return TEE_ERROR_SECURITY;
		}
	} else if (data) { /*不是加密的TA则直接拷贝*/
		dst = data; /* Hash secure buffer (shm might be modified) */
		memcpy(dst, src, len);
	}

	if (dst) {
		/*更新hash_ctx，以便后面计算出TA的hash值使用*/
		res = crypto_hash_update(handle->hash_ctx, dst, len);
		if (res != TEE_SUCCESS)
			return TEE_ERROR_SECURITY;
	}

	handle->offs = next_offs;/*将句柄的偏移更新*/
    /*判断当前是否已经加载了所有的segment*/
	if (handle->offs == handle->nw_ta_size) {
		if (handle->shdr->img_type == SHDR_ENCRYPTED_TA) {
			/*
			 * Last read: time to finalize authenticated
			 * decryption.
			 */
			res = tee_ta_decrypt_final(handle->enc_ctx,
						   handle->ehdr, NULL, NULL, 0);
			if (res != TEE_SUCCESS)
				return TEE_ERROR_SECURITY;
		}
		/*
		 * Last read: time to check if our digest matches the expected
		 * one (from the signed header)
		 */
		 /*加载所有segment之后进行hash校验与shdr里的比较*/
		res = check_digest(handle);
		if (res != TEE_SUCCESS)
			return res;

		if (handle->bs_hdr)
			res = check_update_version(handle->bs_hdr);
	}
	return res;
}

继续执行init_elf

由此时传入的参数得知，此次的sys_map_ta_bin只是将TA的elf文件的头映射到了内存中。
有了头就可以根据elf头判断其基本信息了。
完成这些之后，程序会解析判断其elf格式

if (!IS_ELF(*(Elf32_Ehdr *)va))/*根据elf head magic判断*/
		err(TEE_ERROR_BAD_FORMAT, "TA is not an ELF");

	res = e32_parse_ehdr(elf, (void *)va);
	if (res == TEE_ERROR_BAD_FORMAT)
		res = e64_parse_ehdr(elf, (void *)va);/*解析elf head到elf结构体*/
	if (res)
		err(res, "Cannot parse ELF");

	if (MUL_OVERFLOW(elf->e_phnum, elf->e_phentsize, &sz) ||
	    ADD_OVERFLOW(sz, elf->e_phoff, &sz))
		err(TEE_ERROR_BAD_FORMAT, "Program headers size overflow");

	if (sz > SMALL_PAGE_SIZE)
		err(TEE_ERROR_NOT_SUPPORTED, "Cannot read program headers");

	elf->phdr = (void *)(va + elf->e_phoff);

ELF格式的文件加载到安全内存之后，加载器会判断其是否是ELF格式的文件，以及头是否符合elf规范。
ELF格式分两种，32位和64位，基本一样。格式的基本信息包含在ELF的头里，这个是通用的，使用此结构体表示。

/*
 * ELF header.
 */
typedef struct {
	unsigned char	e_ident[EI_NIDENT];	/* File identification. */
	Elf64_Half	e_type;		/* File type. */
	Elf64_Half	e_machine;	/* Machine architecture. */
	Elf64_Word	e_version;	/* ELF format version. */
	Elf64_Addr	e_entry;	/* Entry point. */
	Elf64_Off	e_phoff;	/* Program header file offset. */
	Elf64_Off	e_shoff;	/* Section header file offset. */
	Elf64_Word	e_flags;	/* Architecture-specific flags. */
	Elf64_Half	e_ehsize;	/* Size of ELF header in bytes. */
	Elf64_Half	e_phentsize;	/* Size of program header entry. */
	Elf64_Half	e_phnum;	/* Number of program header entries. */
	Elf64_Half	e_shentsize;	/* Size of section header entry. */
	Elf64_Half	e_shnum;	/* Number of section header entries. */
	Elf64_Half	e_shstrndx;	/* Section name strings section. */
} Elf64_Ehdr;
elf head头后面就是程序头表program segment header，位置就是ELF头里的e_phnum值在的偏移。记录了每个Segment的相关信息，比如类型、对应文件的偏移、大小、属性等。用下面的结构体表示。
typedef struct {
    Elf64_Word  p_type;     /* Entry type. */
    Elf64_Word  p_flags;    /* Access permission flags. */
    Elf64_Off   p_offset;   /* File offset of contents. */
    Elf64_Addr  p_vaddr;    /* Virtual address in memory image. */
    Elf64_Addr  p_paddr;    /* Physical address (not used). */
    Elf64_Xword p_filesz;   /* Size of contents in file. */
    Elf64_Xword p_memsz;    /* Size of contents in memory. */
    Elf64_Xword p_align;    /* Alignment in memory and file. */
} Elf64_Phdr;

optee example的一个TA的elf读出其program header:
aarch64-linux-gnu-readelf -l xxx.elf
在这里插入图片描述

init_elf函数结束

总结：找到TA文件，验签成功则解密0x1000头部数据，加载0x1000字节到内存，判断其是否是elf以及是否合法。

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