Dissertação de mestrado em Engenharia Eletrónica Industrial e ComputadoresThe diversification of the embedded market has led the once single-purpose built embedded
device to become a broader concept that can accommodate more general-purpose solutions,
by widening its hardware and software resources. A huge diversity in system resources and
requirements has boosted the investigation around virtualization technology, which is becoming
prevalent in the embedded systems domain, allowing timing and spatial sharing of hardware and
software resources between specialized subsystems. As strict timing demands imposed in realtime
virtualized systems must be met, coupled with a small margin for the penalties incurred
by conventional software-based virtualization, resort to hardware-assisted solutions has become
indispensable.
Although not a virtualization but security-oriented technology, Arm TrustZone is seen by many
as a reliable hardware-based virtualization alternative, with the low cost and high spread of
TrustZone-enabled processors standing as strong arguments for its acceptance. But, since Trust-
Zone only dictates the hardware infrastructure foundations, providing SoC designers with a range
of components that can fulfil specific functions, several key-components and subsystems of this
technology are implementation defined. This approach may hinder a system designer’s work, as
it may impair and make the portability of system software a lot more complicated.
As such, this thesis proposes to examine how different manufacturers choose to work with
the TrustZone architecture, and how the changes introduced by this technology may affect the
security and performance of TrustZone-assisted virtualization solutions, in order to scale back
those major constraints. It identifies the main properties that impact the creation and execution
of system software and points into what may be the most beneficial approaches for developing
and using TrustZone-assisted hardware and software.A recente metamorfose na área dos sistemas embebidos transformou estes dispositivos,
outrora concebidos com um único e simples propósito, num aglomerado de subsistemas prontos
para integrar soluções mais flexíveis. Este aumento de recursos e de requisitos dos sistemas
potenciou a investigação em soluções de virtualização dos mesmos, permitindo uma partilha
simultânea de recursos de hardware e software entre os vários subsistemas. A proliferação destas
soluções neste domínio, onde os tempos de execução têm de ser respeitados e a segurança é
um ponto-chave, tem levado à adoção de técnicas de virtualização assistidas por hardware.
Uma tecnologia que tem vindo a ser utilizada para este fim é a Arm TrustZone, apesar de
inicialmente ter sido desenvolvida como uma tecnologia de proteção, dado a sua maior presença
em placas de médio e baixo custo quando comparada a outras tecnologias. Infelizmente, dado
que a TrustZone apenas fornece diretrizes base sobre as quais os fabricantes podem contruir
os seus sistemas, as especificações da tecnologia divergem de fabricante para fabricante, ou
até entre produtos com a mesma origem. Aliada à geral escassez de informação sobre esta
tecnologia, esta característica pode trazer problemas para a criação e portabilidade de software
de sistema dependente desta tecnologia.
Como tal, a presente tese propõe examinar, de uma forma sistematizada, de que forma diferentes
fabricantes escolhem implementar sistemas baseados na arquitetura TrustZone e em que
medida as mudanças introduzidas por esta tecnologia podem afetar a segurança e desempenho
de soluções de virtualização baseadas na mesma. São identificadas as principais características
que podem influenciar a criação e execução de software de sistema e potenciais medidas para
diminuir o seu impacto, assim como boas práticas a seguir no desenvolvimento na utilização de
software e hardware baseados na TrustZone
