Android 9.0 SecureElementService 初始化流程分析_0冰糖土豆0的博客-程序员秘密
技术标签： Android开发笔记 ESE Android 9.0 NFC SecureElement
1. 相关名词解释
| NFC |
Near Field Communication，近场通信，一种基于13.56 MHz 的短距离通信技术。 |
| NFCC |
NFC Controller，NFC 控制器，负责 NFC 无线信号的调制解调 |
| SE |
Secure Element，安全芯片，拥有独立的内存、ROM、CPU，可以认为是一种微型计算机。 |
| eSE |
Embedded Secure Element，焊在主板上的安全芯片，与主CPU独立 |
| applet |
SE 中的应用程序 |
| TEE |
Trusted Execution Environment，可信执行环境，存在于主 CPU 中的一块安全运行环境 |
| REE |
Rich Execution Environment，富执行环境，普通 Android 运行环境，区别于 TEE |
| I2C |
一种总线， 连接 REE 和 NFCC 之间 |
| SPI |
Serial Protocol Interface，一种总线，用于连接 TEE 和 eSE |
| APDU |
特指发送给 SE 的指令 |
| TSM |
Trusted Service Management，可信服务管理，接收来自客户端的关于管理 SE 内容的请求，包括在 SE 安装、个人化、删除 applet 等操作，生成相应的 APDU |
| CAP |
特指 applet 的安装文件，类似 PC 上的 jar 包 |
| AID |
Application Id，SE 中对象的标识符，类似 java 语言中的类名。 |
| OMA |
Open Mobile API，由 simalliance 组织定义的一套访问 SE 的接口 |
| JCOP |
Java Card Open Platform，泛指 SE 中的 Java 操作系统 |
2. ESE 简要介绍
什么是SE？
安全元件（Secure Element）简称SE，通常以芯片形式提供。为防止外部恶意解析攻击，保护数据安全，在芯片中具有加密/解密逻辑电路。SE是一个CPU卡，可以运行智能卡应用程序。SE可封装成各种形式，常见的有智能卡和嵌入式安全模块(eSE)等。
什么是ESE？
嵌入式安全元件（embedded Secure Element）简称ESE，焊在主板上的安全芯片，与主CPU独立。eSE能实现银行卡的作用，可在手机中模拟实现一张或多张智能卡，简单的说，就是可以将按GP(GlobalPlatform)卡片规范编写的Java卡应用程序Applet运行在手机的eSE环境中，实现一机替代多张传统物理卡片，每个Applet由唯一的AID标识符来识别，可以是银行卡、储值卡、公交卡等。
ESE与SE的关系？
ESE是SE的一种实现形式，一般由手机制造厂商在手机出厂前集成在手机内部。
还有两种常见的实现为：一种是UICC 通用集成电路卡，就是我们平时所使用的手机SIM卡；另外一种是Micro SD 以SD存储卡的形式存在，通过插入SD卡槽集成到手机上。由独立的SE制造商制造和销售。
ESE与NFC的关系？
嵌入式安全模块（eSE）是针对NFC终端产品开发的产品，采用了满足CCEAL5+安全等级要求的智能安全芯片, 内置安全操作系统，满足终端的安全密钥存储、数据加密服务等需求。可广泛应用于金融、移动支付、城市交通、医疗、零售等领域，既能保护线上支付的安全，又能配合NFC作为线下支付的钱包使用。
ESE与TEE（Trusted Execution Environment）的关系？
SE千般好，但受限于硬件隔离，独立的计算和存储资源，导致SE的计算性能差、数据传输速度慢，限制了SE的应用场景。而当今移动互联网发展迅速，迫切需要一个更好的安全生态。因此TEE应运而生。TEE OS是一个硬件安全执行环境，提供了代码和数据的安全防护、外置设备的安全访问等功能，可以安装和卸载执行其中的安全应用TA（TEE Application）。跟SE相比，是一个相对不那么安全，但运行速度更快、功能更丰富的安全环境。如Android手机中的指纹访问，起指纹存储和校验就在运行速度更快的TEE OS中完成。
3. ESE 框架介绍
2.1 Android app 到 SE applet调用流程整体框架
带有NFC功能的Android设备大多都支持NFC卡仿真，在Android设备中加入eSE安全芯片也就是为了给模拟卡提供更高级别的安全保障；另外移动运营商提供的SIM卡中大多也有集成支持安全元件；且在Android4.4版本开始引入了另一种HCE（基于主机的卡仿真）安全元素，这允许Android通过应用程序模拟卡并直接与NFC读卡器对话。
当用户使用安全元件提供NFC卡仿真时，手机中的NFC控制器将来自读卡器的所有数据直接路由到安全元件SE中，SE本身执行与NFC终端读卡器通信，并且交易中根本不涉及Android应用程序。事务完成后，Android应用程序可以直接查询安全元素以获取事务状态并通知用户，app可以通过OMAPI发送APDU指令来与SE中的Applet通信交互。
当用户使用HCE模拟NFC卡时，数据将路由到直接运行Android应用程序的主机CPU。相比SE卡仿真，使用HCE需要在手机屏幕亮起时才能进行刷卡操作，因为当设备的屏幕关闭时HCE服务是不起作用的。
2.2 OMAPI的整体框架及接口定义
早在Android2.3.4中就已经引入了访问内置SE的API，但这些API在SDK中一直是隐藏状态的，而且使用需求系统级权限，这就意味着只有手机制造商才能发布使用SE的应用程序，限制了SE应用程序的发展。
在Android 9中Google将GlobalPlatform OpenMobile API的实现添加至平台中，统一了SE的相关访问接口。在支持的设备上，应用可以使用OMAPI API访问安全元素(SE)，以启用智能卡支付等安全服务。硬件抽象层(HAL)提供了必要的API，用于枚举多种可用的Secure Elements(如eSE,UICC等)。
2.3 Transport API的框架
具体关系类图如下：
4. ESE初始化流程
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