苹果强化操作系统安全：新特性“exclaves”详解
大浪资讯 - 2023年3月11日，科技媒体The Register发布了一篇引人注目的博文，揭示了苹果公司的一项新计划。据悉，苹果正准备通过一个名为“exclaves”的新特性，对其XNU内核的安全性进行进一步增强。
XNU内核：操作系统的心脏
在深入探讨“exclaves”之前，我们先来了解一下XNU内核。XNU内核是苹果iOS和macOS等操作系统的核心组件，它是一种独特的混合内核，融合了卡内基梅隆大学开发的Mach微内核和FreeBSD的单体内核组件。这种设计既保证了微内核的灵活性，又保留了单体内核的高效性。
然而，微内核的设计在进程间通信（IPC）方面存在一定的开销，而单体内核由于共享地址空间，也潜藏着安全隐患。
“exclaves”：安全飞地
苹果芯片中已经存在一个名为“安全飞地”（Secure Enclave）的子系统，专门用于处理加密密钥等高度安全的操作。而“exclaves”的引入，则是为了进一步将敏感资源与主内核隔离，确保即便内核被攻破，这些资源也能保持安全。
“exclaves”的目的是创建与内核隔离的“域”，从而更好地保护关键功能。这一概念首次出现在2023年苹果开源软件库的libc文件中，并在同年9月发布的iOS 17中得到了应用。
安全专家Howard Oakley在其博客中指出，“exclaves”可能用于实现“与内核隔离的域”，这表明苹果正在将内核重构为一个中央微内核，并围绕其构建受保护的exclaves。
“exclaves”的功能与优势
安全研究员Random Augustine认为，“exclaves”的引入是苹果安全架构的重大变革。苹果试图在不完全放弃XNU单体内核特性的前提下，实现微内核的安全优势。
在苹果的Arm兼容的M4芯片和iPhone 16的A18处理器中，苹果公司重新设计了XNU安全模型，通过新的安全内核（SK）执行“exclaves”，增加了操作系统的深度防御，隔离了更多部分，让攻击者需要找到额外的漏洞才能攻破“exclaves”。
在iOS 18中，exclaves指代与主内核（XNU）分离的特定资源。这些资源在操作系统构建时预定义，通过名称或ID标识，并在启动时初始化，组织成唯一的域。具体包括：
- 可被内核和exclaves访问的共享内存缓冲区，可设置为只读或读写模式。
- 用于保护摄像头和麦克风访问指示器的音频缓冲区和传感器。
- 将多个资源分组到自身安全域中的“conclaves”。
- 在exclave空间内提供可执行代码的服务。
苹果尚未公开谈论这一技术，可能是因为项目尚未完成，无法做出安全承诺。然而，飞地的引入无疑将提升苹果操作系统的安全性，特别是在设备端AI工作负载与苹果私有云基础设施通信时，减少了攻击面。
结语：随着“exclaves”技术的逐渐完善和应用，苹果的操作系统的安全性将得到进一步提升，为用户带来更加安全可靠的使用体验。