Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresIn this modern era ruled by technology and the IoT (Internet of Things),
embedded systems have an ubiquitous presence in our daily lives. Although they
do differ from each other in their functionalities and end-purpose, they all share the
same basic requirements: safety and security. Whether in a non-critical system
such as a smartphone, or a critical one, like an electronic control unit of any
modern vehicle, these requirements must always be fulfilled in order to accomplish
a reliable and trust-worthy system.
One well-established technology to address this problem is virtualization. It
provides isolation by encapsulating each subsystem in separate Virtual-Machines
(VMs), while also enabling the sharing of hardware resources. However, these
isolated subsystems may still need to communicate with each other. Inter-Process
Communication is present in most OSes’ stacks, representing a crucial part of
it, which allows, through a myriad of different mechanisms, communication be-
tween tasks. In a virtualized system, Inter-Partition Communication mechanisms
implement the communication between the different subsystems referenced above.
TrustZone technology has been in the forefront of hardware-assisted security
and it has been explored for virtualization purposes, since natively it provides sep-
aration between two execution worlds while enforcing, by design, different privi-
lege to these execution worlds. LTZVisor, an open-source lightweight TrustZone-
assisted hypervisor, emerged as a way of providing a platform for exploring how
TrustZone can be exploited to assist virtualization. Its IPC mechanism, TZ-
VirtIO, constitutes a standard virtual I/O approach for achieving communication
between the OSes, but some overhead is caused by the introduction of the mech-
anism. Hardware-based solutions are yet to be explored with this solution, which
could bring performance and security benefits while diminishing overhead.
Attending the reasons mentioned above, hTZ-VirtIO was developed as a way
to explore the offloading of the software-based communication mechanism of the
LTZVisor to hardware-based mechanisms.Atualmente, onde a tecnologia e a Internet das Coisas (IoT) dominam a so-
ciedade, os sistemas embebidos são omnipresentes no nosso dia-a-dia, e embora
possam diferir entre as funcionalidades e objetivos finais, todos partilham os mes-
mos requisitos básicos. Seja um sistema não crítico, como um smartphone, ou
um sistema crítico, como uma unidade de controlo de um veículo moderno, estes
requisitos devem ser cumpridos de maneira a se obter um sistema confiável.
Uma tecnologia bem estabelecida para resolver este problema é a virtualiza-
ção. Esta abordagem providencia isolamento através do encapsulamento de sub-
sistemas em máquinas virtuais separadas, além de permitir a partilha de recursos
de hardware. No entanto, estes subsistemas isolados podem ter a necessidade de
comunicar entre si. Comunicação entre tarefas está presente na maioria das pilhas
de software de qualquer sistema e representa uma parte crucial dos mesmos. Num
sistema virtualizado, os mecanismos de comunicação entre-partições implementam
a comunicação entre os diferentes subsistemas mencionados acima.
A tecnologia TrustZone tem estado na vanguarda da segurança assistida por
hardware, e tem sido explorada na implementação de sistemas virtualizados, visto
que permite nativamente a separação entre dois mundos de execução, e impondo
ao mesmo tempo, por design, privilégios diferentes a esses mundos de execução. O
LTZVisor, um hypervisor em código-aberto de baixo overhead assistido por Trust-
Zone, surgiu como uma forma de fornecer uma plataforma que permite a explo-
ração da TrustZone como tecnologia de assistência a virtualização. O TZ-VirtIO,
mecanismo de comunicação do LTZVisor, constitui uma abordagem padrão de
E/S virtuais, para permitir comunicação entre os sistemas operativos. No entanto,
a introdução deste mecanismo provoca sobrecarga sobre o hypervisor. Soluções
baseadas em hardware para o TZ-VirtIO ainda não foram exploradas, e podem
trazer benefícios de desempenho e segurança, e diminuir a sobrecarga.
Atendendo às razões mencionadas acima, o hTZ-VirtIO foi desenvolvido como
uma maneira de explorar a migração do mecanismo de comunicação baseado em
software do LTZVisor para mecanismos baseados em hardware
