面向Keystone TEE的高性能异步边缘调用机制

来源：计算机工程与应用杂志2025年第6期北京时间：

作者：王占坤, 赵波

单位：武汉大学 国家网络安全学院 空天信息安全与可信计算教育部重点实验室，武汉 430072

摘要：基于硬件安全的可信执行环境是保护数据安全和隐私的重要技术手段，Keystone是RISC-V平台上最流行的TEE方案。但是目前Keystone只能实现从安全世界调用非安全世界的函数，无法执行相反的过程；并且一次OCALL操作至少需要八次特权级转换，性能开销很高。针对这些问题，提出了一种基于用户态中断的异步边缘调用机制，不仅实现了对ECALL操作的支持，而且避免了CPU的特权级切换，极大提高了ECALL/OCALL效率。为了实现异步边缘调用，在安全世界中实现了用户态中断的委托与触发机制，并利用核间中断实现了异步ECALL/OCALL的事件通知；在Keystone共享内存的基础上设计了内存管理器，提供了异步边缘调用时的数据传递方案，并改进了共享内存的安全设计；基于QEMU对系统原型进行了实现，测试结果表明，异步ECALL/OCALL相比Keystone的同步OCALL性能提升了4倍。

关键词：用户态中断,核间中断,可信执行环境,异步调用