学习论文如何在 TEE 中构造 WebAssembly 运行时。

1 简介

TWINE 是一个运行在 SGX 安全环境中的轻量级 WebAssembly 虚拟机，它允许执行未修改的 WebAssembly 应用程序。它利用 WASI 接口与外部环境进行交互，并提供加密文件系统操作等功能，从而为应用程序提供安全性。文章评估了 TWINE 的性能，并与现有技术进行了比较，结果表明 TWINE 在保证安全性的同时，性能开销可以接受。

本文提出的贡献如下：

第一个真正的开源通用 Wasm 运行时环境在 SGX 隔离区内的实现，并完全支持加密文件系统操作；
对我们的实现进行了广泛的评估，提供了对其性能成本和相关瓶颈的良好理解；
提出了改进英特尔受保护文件系统的建议，并展示了由此带来的性能改进。

2 相关工作

2.1 WebAssembly 和 TEEs

AccTEE：在 Intel SGX 隔离区内运行 Wasm 二进制文件。其双向沙箱与本文的方法类似，缺少IPFS的支持（但是本文实现了IPFS）
Se-Lambda：在 SGX 隔离区内运行无服务器应用程序（FaaS），并提供防篡改和完整性保证。
Enarx：旨在在 SGX 隔离区内运行语言无关的二进制文件。

2.2 将语言运行时嵌入 TEEs

Mesapy：在 TEE 内运行 Python 程序，并使用 PyPy 作为运行时环境。
Civet：在 TEE 内运行 Java 程序，并使用 JikesRVM 作为运行时环境。
TrustJS：在 TEE 内运行 JavaScript 程序，并使用 Node.js 作为运行时环境。

2.3 数据库与 TEEs

CryptSQLite：在 SGX 隔离区内运行 SQLite，并使用对称加密机制保护数据。
SQLite drop-in alternatives：使用对称加密或特定安全扩展来保护数据的 SQLite 替代方案。
EnclaveDB：基于 Hekaton 的安全数据库引擎，使用 SGX 隔离区和可信通道来保护数据。
Always Encrypted：扩展 Microsoft SQL Server，以在 TEE 内外始终加密数据。
StealthDB：基于 PostgreSQL 的安全数据库，使用 SGX 隔离区和加密数据类型来保护数据。

3 Wasm 可信运行时实现

主要由两个模块组成：Wasm Runtime 和 WASI

TWINE 只能执行 AOT （提前编译）的 Wasm 应用程序。优点是执行速度快，内存占用小。

TWINE 没有考虑 JIT （及时编译）是因为将 LLVM 机制引入隔离环境需要将代码库移植到使用 SGX 限制进行编译。

关于 Wasm 应用程序的二进制文件发送到 TEE 中这一过程，不保证 Wasm 程序的机密性confidentiality（即代码是明文保存的），只保证安全性（用签名进行验证，保证代码或应用程序没有被篡改）。但是当 Wasm 应用程序进入隔离环境的保留内存中之后，就不会再离开了，这保证了机密性。