TWallet ARM TrustZone Enabled Trustable Mobile Wallet: A Case for Cryptocurrency Wallets

With the increasing popularity of Blockchains supporting virtual cryptocurrencies it has become more important to have secure devices supporting operations in trustable cryp- tocurrency wallets. These wallets, currently implemented as mobile Apps or components of mobile Apps must be protected from possible intrusion attacks. ARM TrustZone technology has made available an extension of the ARM processor ar- chitecture, allowing for the isolation of trusted and non-trusted execution environments. Critical components and their runtime support can be "booted" and loaded to run in the isolated execution environment, backed by the ARM processor. The ARM TrustZone solution provides the possible enforcement of security and privacy conditions for applica- tions, ensuring the containment of sensitive software components and data-management facilities, isolating them from OS-level intrusion attacks. The idea is that sensitive compo- nents and managed data are executed with a trust computing base supported at hardware and firmware levels, not affected by intrusions against non-protected OS-level runtime components. In this dissertation we propose TWallet: a solution designed as a generic model to sup- port secure and trustable Mobile Client Wallets (implemented as mobile Apps), backed by the ARM TrustZone technology. The objective is to manage local sensitive stored data and processing components in a trust execution environment isolated from the Android OS. We believe that the proposed TWallet framework model can also inspire other specific solutions that can benefit from the isolation of sensitive components in mobile Android Apps. As a proof-of-concept, we used the TWallet framework model to implement a trusted wallet application used as an Ethereum wallet, to operate with the Ethereum Blockchain. To achieve our goals, we also conducted different experimental observations to analyze and validate the solution, with the implemented wallet integrated, tested and validated with the Rinkeby Ethereum Test Network.Com o aumento da popularidade de Blockchains e utilização de sistemas de criptomoedas, tornou-se cada vez mais importante a utilização de dispositivos seguros para suportar aplicações de carteiras móveis (vulgarmente conhecidas por mobile wallets ou mobile cryptowallets). Estas aplicações permitem aos utilizadores uma gestão local, cómoda, confiável e segura de dados e operações integradas com sistemas de Blockchains. Estas carteiras digitais, como aplicações móveis completas ou como componentes de outras aplicações, têm sido desenvolvidas de forma generalizada para diferentes sistemas operativos convencionais, nomeadamente para o sistema operativo Android e para diferentes sistemas de criptomoedas. As wallets devem permitir processar e armazenar informação sensível associada ao controlo das operações realizadas, incluindo gestão e consulta de saldos de criptomoedas, realização e consultas de históricos de movimentos de transações ou consolidação do estado destas operações integradas com as Blockchains remotas. Devem também garantir o controlo seguro e confiável do processamento criptográfico envolvido, bem como a segurança das respetivas chaves criptográficas utilizadas. A Tecnologia ARM TrustZone disponibiliza um conjunto de extensões para as arquiteturas de processadores ARM, possibilitando o isolamento e execução de código num ambiente de execução suportado ao nível do hardware do próprio processador ARM. Isto possibilita que componentes críticos de aplicações ou de sistemas operativos suportados em processadores ARM, possam executar em ambientes isolados com minimização propiciada pelo isolamento da sua Base de Computação Confiável (ou Trusted Computing Base). A execução em ambiente seguro suportado pela solução TrustZone pode oferecer assim um reforço adicional de propriedades de confiabilidade, segurança e privacidade. Isto possibilita isolar componentes e dados críticos de possíveis ataques ou intrusões ao nível do processamento e gestão de memória ou armazenamento suportados pelo sistema operativo ou bibliotecas middleware, como é usual no caso de aplicações móveis, executando em ambiente Android OS ou noutros sistemas operativos de dispositivos móveis. Nesta dissertação propomos a solução TWallet, uma aproximação genérica para suporte de wallets utilizadas como aplicações móveis confiáveis em ambiente Android OS e fortalecidas pela utilização da tecnologia ARM TrustZone. O objetivo é possibilitar o isolamento de dados e componentes sensíveis deste tipo de aplicações, tornando-as mais seguras e confiáveis. Acreditamos que o modelo de desenho e implementação da solução TWallet, visto como uma framework de referência, poderá também ser utilizada no desenvolvimento de outras aplicações móveis em que o isolamento e segurança de componentes e dados críticos são requisitos semelhantes aos endereçados. Este pode ser o caso de aplicações de pagamento móvel, aplicações bancárias na área de mobile banking ou aplicações de bilhética na área vulgarmente chamada como mobile e-ticketing, entre outras. Como prova de conceito, utilizámos a TWallet framework para implementar um protótipo de uma wallet confiável, suportável em Android OS, para gestão de operações e criptomoedas na Blockchain Ethereum. A implementação foi integrada, testada e validada na rede Rinkeby Test Network - uma rede de desenvolvimento e testes utilizada como primeiro estágio de validação de aplicações e componentes para a rede Ethereum em operação real. Para validação da solução TWallet foi realizada uma avaliação experimen- tal. Esta avaliação envolveu a observação de indicadores de operação com verificação e comparação de diferentes métricas de operação e desempenho, bem como de alocação de recursos da aplicação protegida no modelo TWallet, comparando esses mesmo indicadores com o caso da mesma aplicação sem essa proteção