Использование программного обеспечения и аппаратного обеспечения Keystore для Android и возможных ограничений безопасности/удобства использования

В настоящее время я изучаю возможности хранения/использования ключей секретов в приложении для Android. Я нашел блог Николая Еленкова, очень полезный по этой теме, и я многому научился о хранилище ключей Google и некоторых аппаратных реализациях.

Тем не менее у меня есть некоторые вопросы об аспектах безопасности и пользователей.

Программное обеспечение keystore

Для того, что я понял, в этой конфигурации masterkey выводится (используя PBKDF2) из пароля пользователя (плюс соль, чтобы предотвратить атаки радужных таблиц) и используется для шифрования секретов. Насколько мне известно, пароль используется для экрана блокировки.

На некорректном телефоне только "хранилище ключей" пользователя может читать/записывать зашифрованные файлы и всякий раз, когда приложение хочет получить доступ к файлу, ему необходимо вызвать демон хранилища ключей, который проверяет, разрешен ли его UID для доступ к этому файлу (авторизации хранятся в базе данных sqlite).

Но есть еще некоторые детали, которые я не мог понять:

Используется ли хранилище ключей для использования экрана блокировки с защитой паролем?
Должен ли пользователь вводить свой пароль каждый раз, когда требуется доступ к зашифрованным ключам?
Учитывая, что это программный механизм, я думаю, что секретный ключ всегда будет дешифрован в ОЗУ всякий раз, когда он используется для криптографических операций, правильно?

Аппаратное хранилище ключей

Что касается аппаратной реализации, кажется, что производители SoC предоставляют решения, совместимые с [Global Platform TEE][2] (Trusted Execution Environment) со встроенными доверенными приложениями и API-интерфейсами, которые позволяют Google предоставлять аппаратное обеспечение своего хранилища ключей. Таким образом, можно хранить секретные ключи в TEE, запрашивать создание пары ключей RSA внутри TEE и подписывать или проверять данные, используя секретные ключи, хранящиеся внутри TEE. Таким образом, можно использовать секретные ключи для основных криптографических операций без их выхода из TEE.

Если я понял, что контроль доступа к этим ключам предоставляется демонстом хранилища ключей Google, используя тот же механизм, что и в реализации программного обеспечения. Единственное различие заключается в том, что ссылки на ключи, хранящиеся в TEE, используются вместо самих зашифрованных ключей.

Если все, о чем говорилось выше, является правильным, я думаю, на корневом телефоне можно было бы изменить базу данных разрешений, чтобы приложение с произвольным UID могло иметь данные, подписанные с любым ключом, хранящимся в TEE. Я прав?

Спасибо за ваше время!

Ответ 1

Используется ли хранилище ключей для использования блокировки, защищенной паролем экран?

Да, пользователь вынужден использовать экран блокировки, защищенный паролем, выводом или рисунком.

Должен ли пользователь вводить свой пароль каждый раз, когда доступ к требуется зашифрованные ключи?

Нет, как только устройство будет развязано, KeyStore также разблокируется, и нет необходимости вводить дополнительные пароли. Тем не менее, приложение должно проверить, разблокирован ли KeyStore, поскольку пользователь может отключить защиту экрана блокировки в настройках. Когда ключ заблокирован, KeyStore становится неинициализированным и должен быть разблокирован снова.

Несколько раз я столкнулся с странным поведением, когда KeyStore был заблокирован, но у меня не было настройки блокировки экрана. Мне было предложено ввести пароль или PIN-код для входа в KeyStore. Однако это было невозможно, так как у меня не было паролей. Я предполагаю, что некоторые системные приложения блокировали KeyStore. Мне пришлось reset его повторно инициализировать.

Учитывая, что это программный механизм, я думаю, что секретный ключ будет всегда заканчивается расшифровкой в ОЗУ, когда он используется для криптографических операции, правильно?

Да, все ключи, извлеченные из KeyStore, будут находиться в ОЗУ до сбора мусора или деинициализации. Но вы можете получить ключ каждый раз, когда вам это нужно, а не держать его в какой-то долгоживущей переменной.

К сожалению, я не знаком с поддерживающим HW KeyStore. Не могу сказать ничего об этом.

Ответ 2

Ваш анализ основанного на TEE аппаратного сценария верен. Биты частного ключа, сгенерированные в TEE (которые не обязательно соответствуют спецификациям Global Platform), никогда не оставляют внутри него операции TEE и private key.

Вы также правы, что дескрипторы ключей на основе TEE хранятся в Keystore, поэтому root может получить доступ и использовать любой из них или перемещать их, чтобы любое приложение могло их использовать.