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基于Trust Zone的智能手机安全技术研究与实现

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 当今国内外研究现状

1.3 本文的主要工作与创新

1.4 本论文的结构安排

第二章 相关理论和技术研究

2.1 TrustZone安全扩展技术

2.2 指纹识别算法

2.3 安全加密存储技术

2.4 完整性验证技术

2.5 本章小结

第三章 基于TrustZone的指纹识别安全保护技术的设计

3.1 可信执行环境的软件架构

3.2 Trusted-OS系统介绍

3.3 基于TrustZone的指纹识别安全框架

3.4 本章小结

第四章 基于TrustZone的指纹识别安全保护技术的实现

4.1 指纹识别应用完整性验证技术的实现

4.2 指纹识别安全服务程序

4.3 指纹信息压缩加密模块

4.4 指纹安全存储模块

4.5 本章小结

第五章 指纹识别安全通道的实现

5.1 加密传输安全通道

5.2 安全通讯协议

5.3 安全通讯数据类型

5.4Trusted Application API

5.5 安全监视器模块

5.6 本章小结

第六章 指纹安全验证---指纹识别案例的实现

6.1 目前指纹识别方案回顾

6.2 当前智能终端的指纹识别的安全威胁

6.3 智能终端的指纹安全解决方案实现

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 内容展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的成果

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摘要

智能终端在生活和工作的不同场景中扮演着非常重要的角色,越来越多的用户个人隐私存储其中。保障数据安全的问题变得尤为突出,用户往往通过设定相应的密码来验证身份来防止数据泄漏的意外发生。不过为提高密码的安全强度,用户就不得不记忆复杂的密码和执行频繁的密码输入等诸多行为,因此大大影响了用户的体验。不过伴随生物识别技术的快速应用推广,其方便快捷的特性得到了广泛的认可。譬如,指纹识别技术正在快速的应用于智能终端领域,替代传统的密码验证方式,采用识别比对用户的指纹信息来安全快速的实现身份验证行为。
  因此,如何确保指纹识别的安全性,保证识别过程安全可靠的问题也日益凸显出来。目前出现的一个可信执行环境(Trusted Execution Environment,TEE)的概念,旨在为可信应用程序提供安全执行环境。其中该安全执行环境的概念可以从三种机制中实现,包括Intel的TXT及AMD的SVM均可提供安全执行环境;ARM TrustZone安全技术,直接在CPU上提供非安全区域和安全区域的隔离机制;Hypervisor/VMM虚拟化机制,提供安全应用与非安全应用之间的隔离。嵌入式平台中广泛使用的ARM处理器提供了TrustZone的安全扩展机制,将SOC软硬资源划分为操作关键资源的可信执行环境和操作其它资源的普通执行环境(Rich Execution Environment,REE),旨在从处理器硬件架构的基础上搭建安全框架,从而确保设备抵御众多的潜在威胁。
  本文旨在解决智能终端领域所存在的诸多安全问题,结合ARM TrustZone安全扩展技术,并根据生物特性的指纹识别思想,提出了一种基于TrustZone的指纹识别安全框架,为指纹识别应用提供可信执行环境,防止潜在恶意程序的攻击确保指纹识别过程的安全可靠,同时为了确保指纹信息的安全性,提供受TrustZone保护的用于指纹数据及特征安全加密的密钥,以保证其不被窃取。此外,设计实现了指纹数据的安全传输通道及其通讯协议,确保指纹传输过程的安全性。最后方案设计并且实现了一个原型系统,借助于实验的方式验证该方案的有效性,其实验结果也证明了本文所提技术和方法的可行性。

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