CPU有个禁区，内核权限也无法进入！
神秘项目
我是CPU一号车间的阿Q，是的，我又来了。
*近一段时间，我几次下班约隔壁二号车间虎子，他都推脱没有时间，不过也没看见他在忙个啥。
前几天，我又去找他，还是没看到他人，却意外地在他桌上发现了一份文件，打开一看是一个代号为SGX的神秘项目，还是厂里领导亲自带头攻坚。
仔细看了看，原来，自从上次的攻击事件（详情：为了这个技术，操作系统把 CPU 害惨了！）发生以来，领导一直忧心忡忡，虽然当时依靠操作系统提供的办法暂解了燃眉之急，不过治标不治本，我们自身的缺陷一直存在，保不准哪天还要翻车。
这个代号为SGX的神秘项目全称Software Guard Extensions，志在全面改革，提升咱们CPU的安全能力！
偷听会议
我瞬间不高兴了，这么重要的项目，居然没找我参加？
随即，我来到了领导的办公室，果然他们几个在开着秘密会议，而我就凑在一旁偷听。
“诸位，你们都是咱们厂里的核心骨干，关于这次安全能力提升的事情，大家回去之后有没有什么想法，请畅所欲言！”，我听到领导在讲话。
核心骨干？难道我阿Q不是核心骨干吗？真是气抖冷！
沉闷了一小会儿，隔壁二号车间虎子才说到：“咱们现在不是有安全访问级别吗，从Ring0到Ring3，已经可以很好到隔*应用程序的攻击了啊”
领导摇了摇头，“尽管如此，但是一些恶意软件可以利用操作系统的漏洞可以获取到Ring0的权限，咱们现有的安全保护就荡然无存了”
“那也是操作系统的锅，要改进也该让他们做啊，关我们什么事呢？”，虎子继续说到。
“你忘记前段时间针对咱们CPU发起的攻击了吗？”
此话一出，会场瞬间安静了。就这水平，领导居然请他来不请我！
领导缓了缓，接着说到：“咱们不能总依赖操作系统的安全保护，咱们自己也得拿出点办法。我觉得现有的安全机制不够，操作系统漏洞频出，很容易被攻破，咱们现在不能信任操作系统，得彻底全面的改革！”
这时，五号车间的代表说话了：“领导，我回去调研了一下，了解到咱们的竞争对手推出了一个叫TrustZone的技术，用于支持可信计算，号称提供了一个非常安全的环境专门支持对安全性要求*高的程序运行，像什么支付啊、指纹认证之类的，咱们要做的话可以参考一下”
听完TrustZone的介绍，三号车间老哥仿佛找到了灵感，激动的说到：“有了！咱们可以在内存中划出一片特殊的区域，作为*高机密的空间。将高度机密的程序代码和数据放在这里面运行，再引入一种新的工作模式，咱们CPU只有在这种模式下才允许访问这个安全空间，否则就算是有Ring0的权限也不能访问！”
引进一个新的工作模式，这种思路倒是很新鲜，大家纷纷议论开来。
“这个安全空间技术上要怎样实现呢？”
“线程怎么进入和退出安全空间？恶意程序进去了怎么办？”
“怎么调用外部普通空间的函数呢？外部函数被攻击了怎么办？”
“需要系统调用怎么办？中断和异常怎么办？”
短短一小会儿时间，大家就七嘴八舌提了一堆问题出来···
领导给他们几个一一分配了任务，下去思考这些问题的解决办法，过几天再进行讨论。
在他们散会离场前，我匆忙离开了。
主动出击
这可是个表现的好机会，要是能解决上面的问题，领导说不定能让我加入这个项目组。
对于安全空间实现问题，既然是从内存上划出来的区域，自然得从内存的访问控制上做文章。我跟咱们厂里内存管理单元MMU的小黑还算有些交情，打算去向他请教一番。
听完我的需求，小黑不以为意，“就这啊，小事一桩，访问内存时我会进行权限检查，到时候除了之前已有的检查，再加一道检查就可以：如果发现是要访问安全空间的页面，再检查一下当前的工作模式是否正确”
其他几个问题我也有了自己的想法，安全空间按照创建-初始化-进入-退出-销毁的顺序进行使用。
创建：通过执行ECREATE指令创建一个安全空间，
初始化：通过执行EINIT指令对刚才创建的安全空间进行初始化
进入 & 退出：通过执行EENTER/EEXIT指令进入和退出安全空间，类似于系统调用的SYSENTER/SYSEXIT指令。提前设置好入口地址，进入安全空间后需要从指定的地方开始执行，避免外面的程序乱来。执行这两条指令的同时CPU进行安全模式的切换。
中断 & 异常：遇到中断和异常，需要转而执行操作系统内核处理代码，而操作系统是不能被信任的。需要执行AEX指令退出，将在安全空间执行的上下文保存起来，以便回头继续执行。
系统调用：系统调用有点麻烦，需要进入操作系统内核空间，因为不能信任操作系统，同样需要先退出安全空间，执行完系统调用再进来。
函数调用：安全空间和外部可以互相调用函数，普通空间调用安全空间函数叫ECALL，安全空间调用外部空间函数叫OCALL。调用的方式类似操作系统的系统调用，不同的是操作系统的函数是内核提供，安全空间的函数是应用程序自己定义的
销毁：通过执行EREMOVE指令销毁一个安全空间
我还给这个安全空间取了一个名字，叫：Enclave，自然而然咱们CPU的工作模式就分了Enclave模式和非Enclave模式。
内存加密
随后，我把我的这些想法整理出来，来到了领导办公室，主动申请加入SGX项目组。
领导显然对我的到来有些意外，不过看完我准备的材料还是满意的同意了我的申请，让我也参与下一次的讨论会，真是功夫不负有心人！
很快就到了下一次的会议，我再也不用在门外偷听了。
会议上我的方案得到了大家的一致认可，只有八号车间的代表不以为然：“安全空间的方案是很好，但是还差一个*重要的东西，要是加上这个，那就完美了！”
“是什么？”，大家齐刷刷的望向了老八。
“这些形形色色的攻击方式，*终都是要读写内存数据，而他们屡屡得手的根本原因在于什么？”，老八说到。
大家一头雾水，不知道他想表达什么。
“老八，你就别卖关子了，快说吧！”
老八站了起来，说到：“其根本原因就在于内存中的数据是明文，一旦数据泄漏就可能造成严重后果。而如果我们把安全空间的内存数据加密了呢？即便我们的防线都失守了，对方拿到的也只是加密后的数据，做不了什么！”
老八的话如当头一棒，我怎么就没往这个方向考虑。
“加密？那什么时候解密呢？”，虎子问到。
“问得好，我建议咱们厂里内存管理部门设置一个内存加密引擎电路MEE(memory encryption engine)，对安全空间的数据进行透明的加解密，数据写入内存时加密，读入咱们CPU内部时再解密！”
虎子一听说到：“唉，这个好，建议全面推广，干嘛只在安全空间用啊”
老八拍了拍虎子的头：“说你虎，你还真虎，这玩意对性能影响不可小觑，怎么能随便用呢，好钢要用到刀刃上！”
“好！老八这个建议好。我决定这个项目就由老八来牵头！”，领导拍案而起。
散会后，虎子笑我忙活半天还是没有当上牵头人，我倒是很看得开，能一起参与就不错了，学到技术才是王道～
彩蛋
SGX项目上马后，咱们CPU的安全性有了很大的提升，然而我们花了这么大力气打造出的这个安全空间真的如铁桶一般，牢不可破吗？
预知后事如何，请关注后续精彩……
受限于故事形式，SGX技术的很多实现细节不便展开，感兴趣实现原理的朋友参考阅读下面的文章：
SGX技术的分析和研究：
http://www.jos.org.cn/html/2018/9/5594.htm
Intel SGX学习：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/50894009
Intel 官方文档：
https://software.intel.com/sites/default/files/article/413936/hasp-2013-innovative-instructions-and-software-model-for-isolated-execution.pdf