深入理解 eMMC RPMB 与 OP-TEE 在 Linux 系统中的应用开发
可信执行环境（TEE）和安全存储机制在现代嵌入式系统和 ARM 平台中日益重要。尤其是在 RK3588 等 SoC 上，eMMC 的 RPMB 区域和 OP-TEE 的结合，成为构建安全可信机制的核心基础。本篇文章将系统性地介绍相关原理、工具链、开发结构与实际使用案例。
🧩 什么是 RPMB？为什么重要？
RPMB（Replay Protected Memory Block）是 eMMC 或 UFS 存储中的一个专用硬件分区，特点如下：
- ✅ 不可直接访问：只能通过 MMC ioctl 接口进行读写
- 🔐 写入带计数器保护：防止重放攻击（每次写入必须带计数器 + HMAC 验证）
- 💾 用于安全数据保存：存储密钥、令牌、认证凭证等敏感信息
📦 应用场景包括：
- 设备密钥存储
- Secure Boot 状态标记
- TEE 私有文件系统后端
- TPM 替代机制（在某些嵌入式场合）
🛡️ OP-TEE 是什么？如何支持 RPMB？
OP-TEE 是运行在 ARM TrustZone 下的开源 TEE 实现。它具备以下模块：
| 模块 | 作用 |
|---|---|
optee_os | 安全世界的核心逻辑 |
tee-supplicant | 普通世界的 RPC 代理，访问 RPMB |
libutee | TA 使用的系统接口库 |
libteec | CA 使用的用户态接口库 |
启用 RPMB 只需在编译配置中设置：
CFG_RPMB_FS=y
CFG_RPMB_WRITE_KEY=y
此时 OP-TEE 会自动将 RPMB 区域视为一种安全存储设备，用 FAT 表模拟文件系统，进行加密读写。
🧪 实际开发结构：Client App ↔ Trusted App
OP-TEE 的应用开发分为两端：
🖥️ CA：Client Application（Normal World）
典型结构如下：
TEEC_InitializeContext(NULL, &ctx);
TEEC_OpenSession(&ctx, &sess, &UUID, ...);
TEEC_InvokeCommand(&sess, CMD_ID, &op, ...);
使用 libteec 进行标准化调用，参数通过 TEEC_Operation 传入最多 4 个。
🔒 TA：Trusted Application（Secure World）
核心接口如下：
TEE_Result TA_InvokeCommandEntryPoint(void* sess_ctx, uint32_t cmd_id,uint32_t param_types, TEE_Param params[4])
{switch(cmd_id) {case CMD_ID:// 处理逻辑}
}
通过 libutee 访问加密、存储、密钥生成等 TEE OS API，执行机密操作。
🧠 Hello Secure World 示例拆解
📁 目录结构
hello_world/
├── host/ → CA 代码
├── ta/ → TA 代码
✒️ TA 示例：
TEE_Result TA_InvokeCommandEntryPoint(...) {DMSG("Hello from Secure World");return TEE_SUCCESS;
}
✒️ CA 示例：
TEEC_InvokeCommand(&sess, 0, &op, &origin);
两者通过 UUID + Command ID 紧密绑定，构成跨世界交互桥接。
📚 RPMB 文件系统结构与加密机制（OP-TEE 内部）
- 📂 使用 FAT 表模拟文件系统布局
- 🔐 数据块使用 AES-CBC + ESSIV 加密
- ✅ 每次写入需验证计数器 + HMAC
- 🔑 密钥分层结构：
- SSK（设备密钥）
- TSK（会话密钥）
- FEK（文件加密密钥）
文档参考：OP-TEE Secure Storage RPMB Spec
⚙️ Linux 与 OP-TEE 的适配
OP-TEE 并不限于 Android，它适用于：
| 平台 | 是否支持 OP-TEE |
|---|---|
| Android AOSP | ✅ 官方支持 |
| Debian / Ubuntu | ✅ 可集成 |
| Yocto / Buildroot | ✅ 常用方案 |
需要注意：
- Linux kernel 需开启
MMC_IOC_*ioctl 接口 - 编译
tee-supplicant配合 OP-TEE 内部逻辑完成 RPMB RPC