GP对象模型和属性系统深度分析
GP对象模型概述
GlobalPlatform (GP) 对象模型是TEE存储系统的核心，它定义了一个完整的对象类型系统、属性框架和生命周期管理机制。OP-TEE完全实现了GP TEE Internal Core API v1.3.1规范中定义的对象模型。对象类型分类体系
1. 对象类型编码结构
GP对象类型使用32位标识符，具有特定的编码结构：Copy
// 对象类型编码格式: 0xATTTTTTT
// A: 算法类别 (4位)
// T: 类型标识 (28位)
// 算法类别定义:
// 0xA0: 对称密钥和公钥
// 0xA1: 密钥对
// 0x50: 摘要算法 (无对象类型)
// 0x30: MAC算法 (无对象类型)
2. 对称密钥对象类型
分组密码密钥
Copy
#define TEE_TYPE_AES 0xA0000010 // AES密钥
#define TEE_TYPE_DES 0xA0000011 // DES密钥
#define TEE_TYPE_DES3 0xA0000013 // 3DES密钥
#define TEE_TYPE_SM4 0xA0000014 // SM4密钥(中国标准)
MAC密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_HMAC_MD5 0xA0000001 // HMAC-MD5密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA1 0xA0000002 // HMAC-SHA1密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA224 0xA0000003 // HMAC-SHA224密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA256 0xA0000004 // HMAC-SHA256密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA384 0xA0000005 // HMAC-SHA384密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA512 0xA0000006 // HMAC-SHA512密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SM3 0xA0000007 // HMAC-SM3密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA3_224 0xA0000008 // HMAC-SHA3-224密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA3_256 0xA0000009 // HMAC-SHA3-256密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA3_384 0xA000000A // HMAC-SHA3-384密钥
#define TEE_TYPE_HMAC_SHA3_512 0xA000000B // HMAC-SHA3-512密钥
3. 非对称密钥对象类型
RSA密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_RSA_PUBLIC_KEY 0xA0000030 // RSA公钥
#define TEE_TYPE_RSA_KEYPAIR 0xA1000030 // RSA密钥对
DSA密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_DSA_PUBLIC_KEY 0xA0000031 // DSA公钥
#define TEE_TYPE_DSA_KEYPAIR 0xA1000031 // DSA密钥对
DH密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_DH_KEYPAIR 0xA1000032 // DH密钥对
ECC密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_ECDSA_PUBLIC_KEY 0xA0000041 // ECDSA公钥
#define TEE_TYPE_ECDSA_KEYPAIR 0xA1000041 // ECDSA密钥对
#define TEE_TYPE_ECDH_PUBLIC_KEY 0xA0000042 // ECDH公钥
#define TEE_TYPE_ECDH_KEYPAIR 0xA1000042 // ECDH密钥对
Edwards曲线密钥类型
Copy
#define TEE_TYPE_ED25519_PUBLIC_KEY 0xA0000043 // Ed25519公钥
#define TEE_TYPE_ED25519_KEYPAIR 0xA1000043 // Ed25519密钥对
#define TEE_TYPE_ED448_PUBLIC_KEY 0xA0000048 // Ed448公钥
#define TEE_TYPE_ED448_KEYPAIR 0xA1000048 // Ed448密钥对
#define TEE_TYPE_X25519_PUBLIC_KEY 0xA0000044 // X25519公钥
#define TEE_TYPE_X25519_KEYPAIR 0xA1000044 // X25519密钥对
#define TEE_TYPE_X448_PUBLIC_KEY 0xA0000049 // X448公钥
#define TEE_TYPE_X448_KEYPAIR 0xA1000049 // X448密钥对
中国商用密码算法
Copy
#define TEE_TYPE_SM2_DSA_PUBLIC_KEY 0xA0000045 // SM2数字签名公钥
#define TEE_TYPE_SM2_DSA_KEYPAIR 0xA1000045 // SM2数字签名密钥对
#define TEE_TYPE_SM2_KEP_PUBLIC_KEY 0xA0000046 // SM2密钥交换公钥
#define TEE_TYPE_SM2_KEP_KEYPAIR 0xA1000046 // SM2密钥交换密钥对
#define TEE_TYPE_SM2_PKE_PUBLIC_KEY 0xA0000047 // SM2公钥加密公钥
#define TEE_TYPE_SM2_PKE_KEYPAIR 0xA1000047 // SM2公钥加密密钥对
4. 特殊对象类型
通用对象类型
Copy
#define TEE_TYPE_GENERIC_SECRET 0xA0000000 // 通用密钥材料
#define TEE_TYPE_DATA 0xA00000BF // 原始数据对象
#define TEE_TYPE_CORRUPTED_OBJECT 0xA00000BE // 损坏对象标识
#define TEE_TYPE_HKDF 0xA000004A // HKDF密钥派生对象
#define TEE_TYPE_ILLEGAL_VALUE 0xEFFFFFFF // 非法类型值
对象属性系统
1. 属性标识符编码
GP属性使用32位标识符，编码结构如下：Copy
// 属性编码格式: 0xFTTTTTTT
// F: 属性类型标志 (4位)
// T: 属性标识 (28位)
// 属性类型标志:
#define TEE_ATTR_FLAG_PUBLIC (1 << 28) // 0x10000000: 公开属性
#define TEE_ATTR_FLAG_VALUE (1 << 29) // 0x20000000: 值属性
// 位30: 保护标志 (0=公开, 1=保护)
// 位31: 类型标志 (0=缓冲区, 1=值)
// 属性类型组合:
// 0xC0: 保护值属性 (私钥材料)
// 0xD0: 公开缓冲区属性 (公钥材料)
// 0xF0: 公开值属性 (数值参数)
2. 通用密钥属性
密钥值属性
Copy
#define TEE_ATTR_SECRET_VALUE 0xC0000000 // 对称密钥值
密钥用途属性
Copy
#define TEE_USAGE_EXTRACTABLE 0x00000001 // 可提取
#define TEE_USAGE_ENCRYPT 0x00000002 // 可加密
#define TEE_USAGE_DECRYPT 0x00000004 // 可解密
#define TEE_USAGE_MAC 0x00000008 // 可MAC
#define TEE_USAGE_SIGN 0x00000010 // 可签名
#define TEE_USAGE_VERIFY 0x00000020 // 可验签
#define TEE_USAGE_DERIVE 0x00000040 // 可派生
#define TEE_USAGE_DEFAULT 0xffffffff // 默认用途
3. RSA密钥属性
Copy
// RSA公钥属性
#define TEE_ATTR_RSA_MODULUS 0xD0000130 // RSA模数 (n)
#define TEE_ATTR_RSA_PUBLIC_EXPONENT 0xD0000230 // RSA公钥指数 (e)
// RSA私钥属性
#define TEE_ATTR_RSA_PRIVATE_EXPONENT 0xC0000330 // RSA私钥指数 (d)
#define TEE_ATTR_RSA_PRIME1 0xC0000430 // RSA质数p
#define TEE_ATTR_RSA_PRIME2 0xC0000530 // RSA质数q
#define TEE_ATTR_RSA_EXPONENT1 0xC0000630 // RSA指数1 (dp)
#define TEE_ATTR_RSA_EXPONENT2 0xC0000730 // RSA指数2 (dq)
#define TEE_ATTR_RSA_COEFFICIENT 0xC0000830 // RSA系数 (qinv)
// RSA算法参数
#define TEE_ATTR_RSA_OAEP_LABEL 0xD0000930 // OAEP标签
#define TEE_ATTR_RSA_OAEP_MGF_HASH 0xD0000931 // OAEP MGF哈希算法
#define TEE_ATTR_RSA_PSS_SALT_LENGTH 0xF0000A30 // PSS盐长度
4. DSA密钥属性
Copy
// DSA域参数
#define TEE_ATTR_DSA_PRIME 0xD0001031 // DSA质数p
#define TEE_ATTR_DSA_SUBPRIME 0xD0001131 // DSA子质数q
#define TEE_ATTR_DSA_BASE 0xD0001231 // DSA生成元g
// DSA密钥材料
#define TEE_ATTR_DSA_PUBLIC_VALUE 0xD0000131 // DSA公钥值
#define TEE_ATTR_DSA_PRIVATE_VALUE 0xC0000231 // DSA私钥值
5. DH密钥属性
Copy
// DH域参数
#define TEE_ATTR_DH_PRIME 0xD0001032 // DH质数p
#define TEE_ATTR_DH_SUBPRIME 0xD0001132 // DH子质数q (可选)
#define TEE_ATTR_DH_BASE 0xD0001232 // DH生成元g
#define TEE_ATTR_DH_X_BITS 0xF0001332 // DH私钥位长度
// DH密钥材料
#define TEE_ATTR_DH_PUBLIC_VALUE 0xD0000132 // DH公钥值
#define TEE_ATTR_DH_PRIVATE_VALUE 0xC0000232 // DH私钥值
6. ECC密钥属性
通用ECC属性
Copy
#define TEE_ATTR_ECC_PUBLIC_VALUE_X 0xD0000141 // ECC公钥X坐标
#define TEE_ATTR_ECC_PUBLIC_VALUE_Y 0xD0000241 // ECC公钥Y坐标
#define TEE_ATTR_ECC_PRIVATE_VALUE 0xC0000341 // ECC私钥值
#define TEE_ATTR_ECC_CURVE 0xF0000441 // ECC曲线标识符
支持的ECC曲线
Copy
#define TEE_ECC_CURVE_NIST_P192 0x00000001 // NIST P-192
#define TEE_ECC_CURVE_NIST_P224 0x00000002 // NIST P-224
#define TEE_ECC_CURVE_NIST_P256 0x00000003 // NIST P-256
#define TEE_ECC_CURVE_NIST_P384 0x00000004 // NIST P-384
#define TEE_ECC_CURVE_NIST_P521 0x00000005 // NIST P-521
#define TEE_ECC_CURVE_25519 0x00000300 // Curve25519
#define TEE_ECC_CURVE_SM2 0x00000400 // SM2曲线
短期密钥属性
Copy
#define TEE_ATTR_ECC_EPHEMERAL_PUBLIC_VALUE_X 0xD0000146 // 短期公钥X坐标
#define TEE_ATTR_ECC_EPHEMERAL_PUBLIC_VALUE_Y 0xD0000246 // 短期公钥Y坐标
7. Edwards曲线属性
Ed25519属性
Copy
#define TEE_ATTR_ED25519_PUBLIC_VALUE 0xD0000743 // Ed25519公钥值
#define TEE_ATTR_ED25519_PRIVATE_VALUE 0xC0000843 // Ed25519私钥值
#define TEE_ATTR_EDDSA_CTX 0xD0000643 // EdDSA上下文
#define TEE_ATTR_EDDSA_PREHASH 0xF0000004 // EdDSA预哈希标志
X25519属性
Copy
#define TEE_ATTR_X25519_PUBLIC_VALUE 0xD0000944 // X25519公钥值
#define TEE_ATTR_X25519_PRIVATE_VALUE 0xC0000A44 // X25519私钥值
Ed448/X448属性
Copy
#define TEE_ATTR_X448_PUBLIC_VALUE 0xD0000A45 // X448公钥值
#define TEE_ATTR_X448_PRIVATE_VALUE 0xC0000A46 // X448私钥值
8. SM2密钥属性
Copy
// SM2身份标识
#define TEE_ATTR_SM2_ID_INITIATOR 0xD0000446 // SM2发起方ID
#define TEE_ATTR_SM2_ID_RESPONDER 0xD0000546 // SM2响应方ID
// SM2密钥交换属性
#define TEE_ATTR_SM2_KEP_USER 0xF0000646 // SM2密钥交换用户类型
#define TEE_ATTR_SM2_KEP_CONFIRMATION_IN 0xD0000746 // SM2密钥交换输入确认值
#define TEE_ATTR_SM2_KEP_CONFIRMATION_OUT 0xD0000846 // SM2密钥交换输出确认值
9. HKDF属性
Copy
#define TEE_ATTR_HKDF_SALT 0xD0000946 // HKDF盐值
#define TEE_ATTR_HKDF_INFO 0xD0000A46 // HKDF信息字段
#define TEE_ATTR_HKDF_HASH_ALGORITHM 0xF0000B46 // HKDF哈希算法
#define TEE_ATTR_KDF_KEY_SIZE 0xF0000C46 // 派生密钥大小
对象结构体系
1. 核心对象结构
tee_obj结构 (TEE内核对象)
Copy
struct tee_obj {
TAILQ_ENTRY(tee_obj) link; // 链表节点
TEE_ObjectInfo info; // 对象信息
bool busy; // 操作忙标志
uint32_t have_attrs; // 属性位掩码
void *attr; // 属性数据指针
size_t ds_pos; // 数据流位置
struct tee_pobj *pobj; // 持久化对象指针
struct tee_file_handle *fh; // 文件句柄
};
TEE_ObjectInfo结构 (GP标准对象信息)
Copy
typedef struct {
uint32_t objectType; // 对象类型
uint32_t objectSize; // 对象大小(位)
uint32_t maxObjectSize; // 最大对象大小
uint32_t objectUsage; // 对象用途标志
uint32_t dataSize; // 数据大小(字节)
uint32_t dataPosition; // 数据位置
uint32_t handleFlags; // 句柄标志
} TEE_ObjectInfo;
2. 句柄标志系统
Copy
#define TEE_HANDLE_FLAG_PERSISTENT 0x00010000 // 持久化对象
#define TEE_HANDLE_FLAG_INITIALIZED 0x00020000 // 已初始化
#define TEE_HANDLE_FLAG_KEY_SET 0x00040000 // 密钥已设置
#define TEE_HANDLE_FLAG_EXPECT_TWO_KEYS 0x00080000 // 期望两个密钥
#define TEE_HANDLE_FLAG_EXTRACTING 0x00100000 // 正在提取
3. 数据访问标志
Copy
#define TEE_DATA_FLAG_ACCESS_READ 0x00000001 // 读访问
#define TEE_DATA_FLAG_ACCESS_WRITE 0x00000002 // 写访问
#define TEE_DATA_FLAG_ACCESS_WRITE_META 0x00000004 // 元数据写访问
#define TEE_DATA_FLAG_SHARE_READ 0x00000010 // 共享读
#define TEE_DATA_FLAG_SHARE_WRITE 0x00000020 // 共享写
#define TEE_DATA_FLAG_OVERWRITE 0x00000400 // 覆盖标志
对象生命周期管理
1. 对象创建流程
临时对象创建
Copy
TEE_Result TEE_AllocateTransientObject(uint32_t objectType,
uint32_t maxObjectSize,
TEE_ObjectHandle *object);
持久化对象创建
Copy
TEE_Result TEE_CreatePersistentObject(uint32_t storageID,
const void *objectID,
size_t objectIDLen,
uint32_t flags,
TEE_ObjectHandle attributes,
const void *initialData,
size_t initialDataLen,
TEE_ObjectHandle *object);
2. 对象打开和关闭
对象打开
Copy
TEE_Result TEE_OpenPersistentObject(uint32_t storageID,
const void *objectID,
size_t objectIDLen,
uint32_t flags,
TEE_ObjectHandle *object);
对象关闭
Copy
void TEE_CloseObject(TEE_ObjectHandle object);
void TEE_CloseAndDeletePersistentObject1(TEE_ObjectHandle object);
3. 对象属性操作
属性获取
Copy
TEE_Result TEE_GetObjectBufferAttribute(TEE_ObjectHandle object,
uint32_t attributeID,
void *buffer,
size_t *size);
TEE_Result TEE_GetObjectValueAttribute(TEE_ObjectHandle object,
uint32_t attributeID,
uint32_t *a, uint32_t *b);
属性设置
Copy
TEE_Result TEE_PopulateTransientObject(TEE_ObjectHandle object,
const TEE_Attribute *attrs,
uint32_t attrCount);
4. 数据流操作
数据读写
Copy
TEE_Result TEE_ReadObjectData(TEE_ObjectHandle object,
void *buffer,
size_t size,
size_t *count);
TEE_Result TEE_WriteObjectData(TEE_ObjectHandle object,
const void *buffer,
size_t size);
数据定位
Copy
TEE_Result TEE_SeekObjectData(TEE_ObjectHandle object,
int32_t offset,
TEE_Whence whence);
TEE_Result TEE_TruncateObjectData(TEE_ObjectHandle object,
size_t size);
对象枚举系统
1. 枚举器操作
枚举器分配和释放
Copy
TEE_Result TEE_AllocatePersistentObjectEnumerator(TEE_ObjectEnumHandle *objectEnumerator);
void TEE_FreePersistentObjectEnumerator(TEE_ObjectEnumHandle objectEnumerator);
枚举控制
Copy
TEE_Result TEE_StartPersistentObjectEnumerator(TEE_ObjectEnumHandle objectEnumerator,
uint32_t storageID);
TEE_Result TEE_GetNextPersistentObject(TEE_ObjectEnumHandle objectEnumerator,
TEE_ObjectInfo *objectInfo,
void *objectID,
size_t *objectIDLen);
void TEE_ResetPersistentObjectEnumerator(TEE_ObjectEnumHandle objectEnumerator);
对象安全性和验证
1. 对象类型验证
类型兼容性检查
- 对象类型与算法兼容性验证
- 密钥长度与算法要求匹配
- 属性完整性检查
2. 访问权限控制
对象访问权限
- READ: 读取对象数据和属性
- WRITE: 修改对象数据
- WRITE_META: 修改对象元数据
- SHARE_READ/WRITE: 跨TA共享访问
3. 对象完整性保护
属性完整性
- 属性类型和值的一致性检查
- 密钥材料的数学关系验证
- 曲线参数的有效性验证
数据完整性
- 对象数据的哈希验证
- 持久化对象的签名验证
- 属性和数据的关联性检查
高级对象特性
1. 对象引用和句柄管理
句柄分配策略
- 每个TA独立的句柄空间
- 句柄有效性验证
- 自动资源清理
2. 对象缓存和性能优化
属性缓存
- 频繁访问属性的内存缓存
- 惰性属性加载
- 批量属性操作优化
3. 对象序列化和持久化
对象存储格式
- GP标准对象头格式
- 属性数据编码
- 版本兼容性管理
错误处理和异常情况
1. 对象错误类型
Copy
#define TEE_ERROR_CORRUPT_OBJECT 0xF0100001 // 对象损坏
#define TEE_ERROR_CORRUPT_OBJECT_2 0xF0100002 // 对象损坏(变体)
#define TEE_ERROR_STORAGE_NOT_AVAILABLE 0xF0100003 // 存储不可用
#define TEE_ERROR_STORAGE_NOT_AVAILABLE_2 0xF0100004 // 存储不可用(变体)
#define TEE_ERROR_STORAGE_NO_SPACE 0xFFFF3041 // 存储空间不足
2. 对象恢复机制
损坏对象处理
- 自动检测对象损坏
- 损坏对象隔离
- 备份对象恢复
一致性保证
- 原子对象操作
- 事务性更新
- 回滚机制