苹果详解Secure Exclaves安全架构：Siri、摄像头和麦克风隐私保护升级

IT之家 11 月 12 日消息，苹果今日发布了一篇技术文章，详细介绍了其 Apple Silicon 芯片中的安全架构 Secure Exclaves（安全隔离区），解释这套机制如何在处理摄像头和麦克风采集的数据时，避免原始音视频信息被操作系统、应用程序甚至苹果自身访问。

苹果安全工程与架构团队（SEAR）和核心操作系统团队（Core OS）于 11 月 12 日在苹果安全研究博客发布了题为《Secure Exclaves and Ambient Sensing》的文章，介绍了 Secure Exclaves 的设计原理、底层架构以及实际应用场景。

苹果表示，随着设备逐渐具备更加智能的环境感知能力，摄像头和麦克风需要持续处理周围环境信息。例如，设备需要识别用户是否正在附近、检测特定语音指令，以及判断当前是否有人正在使用设备。这类功能需要处理敏感的音视频数据，但并不意味着设备必须持续录制或保存这些信息。

为此，苹果推出了 Secure Exclaves，将摄像头和麦克风数据的处理过程放在独立、隔离的运行环境中。根据苹果的介绍，在环境感知模式下，原始音视频数据不会传递给主操作系统、应用程序或苹果本身，处理完成后也会被丢弃。系统只会向外提供必要的元数据，例如是否检测到特定声音、是否识别到已登记用户，以及用户所在的位置等信息。

Secure Exclaves 主要围绕三个方面构建：数据隔离、受控通信接口和安全指示机制。

• 在数据隔离方面，Secure Exclaves 运行在与主操作系统不同的处理器执行环境中，并采用苹果定制的 L4 微内核。苹果还通过安全页表监控器（SPTM）管理内存访问权限，确保主操作系统内核也无法读取 Secure Exclaves 专属内存中的数据。
• 在通信方面，苹果开发了名为 Secure IPC 的通信机制，使用 Swift 编写，并通过预先定义的接口限制不同组件之间的数据交换。每个隔离区只能访问明确授权的资源，只有经过审核的必要信息才能传递给主操作系统。
• 在安全指示方面，苹果设计了专门的 Exclave Indicator Controller（隔离区指示控制器），负责管理摄像头和麦克风数据何时可以离开隔离环境。当应用程序需要完整访问传感器数据时，系统必须先确保相应的指示灯或屏幕提示已经显示，并达到规定的可见时间，随后才允许数据传输。

苹果还介绍了 Secure Exclaves 在 HomeView 上的应用。该设备可以通过摄像头和麦克风识别最多 6 名已登记用户，同时判断用户是否在设备附近。摄像头隔离区负责检测人脸并生成相关数据，麦克风隔离区则处理音频信息，随后通过独立的神经网络引擎隔离队列进行推理。

最终，系统只会将用户标识、位置和识别置信度等元数据传递给主操作系统，不会向其提供原始图像或音频。操作系统可以据此调整日历、信息、Apple Music 等功能的显示内容。

IT之家注意到，Secure Exclaves 还应用于 iPhone 18 Pro、iPhone 18 Pro Max 和 iPhone Duo 的摄像头、麦克风屏幕指示功能，以及 MacBook Neo 和 HomeView 的摄像头指示功能。

苹果以 iPhone 18 Pro 上的“Hey Siri”语音唤醒功能为例，解释了这套机制如何工作。设备首先通过常开处理器（AOP）低功耗监听唤醒词，当检测到可能的“Hey Siri”指令后，再将音频缓冲区交给音频隔离区处理，并由 Siri 隔离区进行第二轮识别。

在确认唤醒词之前，主操作系统只能收到需要唤醒 Siri 的通知，而不会获得音频数据。只有当用户进入主动交互状态，系统完成麦克风指示标志的显示和安全检查后，才会允许音频传输至 Siri 服务。

苹果介绍称，屏幕指示功能并非仅由操作系统负责绘制。对于采用屏幕指示点的设备，独立的显示隔离区会检查屏幕实际显示的像素，包括颜色、形状、持续时间和亮度，确保指示标志确实对用户可见，避免恶意软件通过隐藏或伪造指示标志误导用户。

在底层技术方面，苹果表示，Secure Exclaves 的微内核采用能力（Capability）机制管理权限，系统组件默认不具备访问其他组件或硬件资源的权限，只有获得明确授权后才能进行交互。

苹果还对微内核进行了形式化验证，利用数学方法检查 C 语言实现是否符合预先定义的功能规范，以发现传统软件测试难以覆盖的底层逻辑问题。不过，苹果也强调，目前的形式化验证是逐步开展的，并未覆盖整个微内核的所有部分。