從Titan到Titan M——谷歌是如何保障智能手機安全的

近日，Google Pixel 3/XL 在紐約正式亮相。無論是用單攝吊打（特指 iPhone XS Max）雙攝的 AI 技術(shù)，還是 799 美元的起售價，它都引起了很多的爭議。不過有一點是無可爭議的，Pixel 3/XL 是一款前所未有的搭載三款獨立芯片的智能手機，三款獨立芯片分別是高通驍龍 845、Pixel Visual Core 和 Titan M。

其中，Titan M 是 Google 專門為智能手機安全而打造的一款芯片，雖然在體積上不大，但它的來頭卻實在不小。

從 Titan 到 Titan M

關(guān)于 Google Pixel 3/XL 中 Titan M 芯片的來由，還要從 2017 年 3 月的 Google Cloud Next 大會上說起。

在這場大會上，Google 發(fā)布了一款名為 Titan 的安全芯片，尺寸上只有一款耳釘大小，功率也非常小。這是一款旨在用于 Google Cloud Platform（GCP）服務(wù)器上的產(chǎn)品，目的是保證其顧客代碼和數(shù)據(jù)的安全性，可以防止政府間諜竊聽硬件和插入固件植入來攻擊電腦。

2017 年 8 月，Google 在官網(wǎng)發(fā)表博客，對 Titan 芯片的工作細節(jié)進行了深入介紹。從組件構(gòu)成的角度，Titan 本身包含一個安全應(yīng)用處理器、密碼協(xié)處理器、硬件隨機數(shù)發(fā)電機、精良的密鑰層次結(jié)構(gòu)、嵌入式靜態(tài) RAM（SRAM）、嵌入式閃存、只讀存儲器、串行外設(shè)接口（SPI）總線、底板管理控制器（BMC）或平臺控制器中樞（PHC）。

從工作機制的角度簡單來說，Titan 在硬件層面保護了 Google Cloud 數(shù)據(jù)中心從主機啟動的那一刻開始的整個啟動加載過程，防止外界通過固件漏洞的方式來破壞操作系統(tǒng)。

不僅如此，Titan 還提供了兩個重要的附加安全屬性——修復(fù)和第一指令完整性，它可以用來監(jiān)測啟動固件的所有字節(jié)。

總體來說，Titan 為整個系統(tǒng)提供了硬件級別的安全保障，甚至可以識別擁有 Root 權(quán)限的內(nèi)部人士的操作；可以說是大大提供了安全性。在 2018 年 7 月的新一屆 Google Cloud 大會上，Titan 也得到了更新。

當(dāng)然，就 Google Pixel 3/XL 上所搭載的 Titan M 而言，它在某種意義上是 Titan 的延續(xù)，至少在命名和用途上是如此（M 是 Mobile 的意思）。不過與已經(jīng)很省電的 Titan 相比，Titan M 的體積更小一些，也更加省電——這對于一款智能手機來說毫無疑問是必須的。

Google 表示，實際上，Titan M 就是從 Titan（for Data Center）那里取來的功能，只不過針對 Mobile 進行了加工。

Titan M 如何保護手機安全？

Google 想要在 Pixel 智能手機上采用一個專用的模塊來保護其數(shù)據(jù)安全，并非是心血來潮的事情；因為其實在去年 10 月份發(fā)布的 Google Pixel 2/XL 中，就已經(jīng)擁有一個硬件級別的安全模塊（Security Modeule），目的是提供企業(yè)級別的安全——由此可知，Pixel 系列某種意義上試圖面向的也是企業(yè)用戶。

按照 Google 在 2017 年 11 月 14 日的博客描述，Google Pixel 2 中內(nèi)置的 Security Modeule 可以保護智能手機在鎖屏狀態(tài)下的數(shù)據(jù)安全，防止攻擊者繞過用戶設(shè)置的密碼來竊取數(shù)據(jù)。實際上 Pixel 2/XL 內(nèi)置的 Security Modeule 是一個獨立于高通驍龍 835 SoC 的硬件結(jié)構(gòu)，它甚至擁有自己的 Flash/RAM/處理單元等組件。

從這個角度來看，Pixel 3/XL 內(nèi)置的 Titan M 顯然是對上述 Security Modeule 的繼承和更新。

Titan M 在保護機制上與 Titan 有某種相同之處。它對智能手機的保護從 Boot 層面開始，與 Verified Boot 進行了深度整合，保證 bootlooder 加載的是正確的 Android 版本，阻止任何想要對 Android 進行降級的行為；不僅如此，Titan M 還阻止 Android 系統(tǒng)中的潛在攻擊者解鎖 Bootloader（這意味著 Pixel 3 的 Bootloader 不能被解鎖了？）

除此之外，Titan M 可以幫助 Pixel 3/XL 來驗證鎖屏密碼，限制不良程序試圖解鎖手機的次數(shù)，防止數(shù)據(jù)篡改和竊取——這一功能與上文中提到的 Security Modeule 的功能有相似之處。

Titan M 不僅可以用來保護 Android 操作系統(tǒng)和它的功能完整，也可以保護第三方應(yīng)用和涉及到安全敏感性的交易（Transaction）。

在 Android 9 中，Google 提供了 StrongBox KeyStore API，應(yīng)用開發(fā)者可以用之來經(jīng)密碼存儲在 Titan M 中；同時，針對需要通過跳轉(zhuǎn)來完成交易的應(yīng)用，比如說電子投票、轉(zhuǎn)賬，Google 在 Android 中也提供了 Protected Confirmation API，該 API 同樣得到了 Titan M 在硬件層面的支持。

在接受 Wired 采訪時，Google 安全項目經(jīng)理 Xiaowen Xin 表示，Titan M 的固件將會在未來幾個月開源，這在行業(yè)中也是非常獨特的。

另外，關(guān)于 Titan M 自身的安全性，Google 也有所準備。除非用戶輸入了密碼，否則 Titan M 的固件永遠不會得到任何更新，這就完全阻斷了攻擊者試圖通過損壞 Titan M 來干壞事的可能性。

發(fā)展到今天，Google Pixel 系列已經(jīng)步入到第三代；且不說外觀如何，Google Pixel 系列在底層硬件層面的確做了許多普通消費者難以感知到的努力，比如說 Pixel Visual Core 和 Titan M。這些努力雖然一時難以被轉(zhuǎn)化為明顯的銷量，但毫無疑問是 Google 在走向軟硬件結(jié)合道路上的重要步伐。而在數(shù)據(jù)安全被愈加重視的時代，Titan M 的重要性是毋庸置疑的。

正如哥倫比亞大學(xué)的計算機科學(xué)家 Simha Sethumadhavan 的評價：

Google 所做這種層面的硬件改進，我認為是非常了不起的。它比軟件防護更難取得突破，難度高得多了。