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Ubuntu 18.04下Intel SGX应用程序程序开发——获得OCALL调用的返回值

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本文中，我们介绍在Enclave函数中调用不可信OCALL函数，并获得OCALL函数的返回值。

1. 复制SampleEnclave示例并建立自己的OcallRetSum项目

SampleEnclave示例实现了安全printf函数，可以被用来安全打印我们需要打印的字符串。我们使用OCALL计算 两个整数之间的所有整数的累加和 （包括这两个整数），并调用printf函数打印复制的目的字符串。我们把SampleEnclave示例复制到自己的文件夹中，基于该示例，我们开发一个在Enclave函数中调用OCALL函数计算两个整数之间的所有整数的累加和（包括这两个整数）。我们把复制得到的SampleEnclave文件夹名称改成OcallRetSum文件夹。

将文件中的冗余文件删除仅剩下图目录

2. 各个文件内容介绍

2.1 App文件夹

该文件夹存放应用程序中的 不可信代码 部分，共有2个文件和2个文件夹， App.cpp文件、App.h文件、Edger8rSyntax文件夹和TrustedLibrary文件夹

  • App.cpp 文件：该文件是应用程序中的不可信部分代码，其中包括了创建Enclave及销毁Enclave的代码，也定义了一些相关的返回码供使用者查看Enclave程序的执行状态。其中的main函数是整个项目的入口函数。是我们要修改的文件。

  • App.h 文件：该文件是应用程序中的不可信部分代码的头文件，定义了一些宏常量和函数声明。我们不用进行更改。

  • Edger8rSyntax 文件夹：该文件夹提供了一些工具，我们不用进行更改。

  • TrustedLibrary 文件夹：该文件夹提供了一些函数库，我们不用进行更改。、

2.2 Enclave文件夹

该文件夹存放应用程序中的 可信代码部分和可信与不可信代码接口文件 ，共有6个文件和2个文件夹， Enclave.config.xml文件、Enclave.cpp文件、Enclave.h文件、Enclave.edl文件、Enclave.lds文件、Enclave_private.pem文件、Edger8rSyntax文件夹和TrustedLibrary文件夹

  • Enclave.config.xml 文件：该文件是Enclave的配置文件，定义了Enclave的元数据信息，我们可以不用更改。

  • Enclave.cpp 文件：该文件是应用程序中的可信部分代码，包括了可信函数的实现，是我们要修改的文件。

  • Enclave.h 文件：该文件是应用程序中的可信部分代码的头文件，定义了一些宏常量和函数声明。是我们要修改的文件。

  • Enclave.edl 文件：该文件是Enclave的接口定义文件，定义了不可信代码调用可信代码的ECALL函数接口和可信代码调用不可信代码的OECALL函数接口， trusted{} 中定义了ECALL函数接口， untrusted{} 中定义了OECALL函数接口是我们要修改的文件。

  • Enclave.lds 文件：该文件定义了一些Enclave可执行文件信息，我们不用更改。

  • Enclave_private.pem 文件：该文件是SGX生成的私钥，我们不用更改。

  • Edger8rSyntax 文件夹：该文件夹提供了一些工具，我们不用进行更改。

  • TrustedLibrary 文件夹：该文件夹提供了一些函数库，我们不用进行更改。

2.3 Include文件夹

该文件夹存放被Enclave接口定义文件Enclave.edl使用的头文件，包括一些宏定义，我们不用管它。共只有一个user_types.h文件。

  • user_types.h 文件：该文件定义了用户自定义的类型。

2.4 Makefile文件

该文件是项目的编译文件，定义了项目的编译信息，详细说明还请参考http://blog.csdn.net/daichunkai123/article/details/78027895。是需要修改的部分。

3. 改写代码

需要修改的文件问为 Enclave.edl文件、Enclave.cpp文件、Enclave.h文件、App.cpp文件和Makefile文件

3.1 Enclave.edl文件修改

我们要在 Enclave.edl 文件中定义 不可信代码 调用 可信函数的ECALL接口 ，比如我们定义的可信函数是 ecall_myretsum ，在该函数中我们调用OCALL函数 ocall_retsum 计算两个整数之间的所有整数累加和，该函数没有参数也没有返回值。

但是定义的可信函数式 ocall_retsum 时，该函数有2个参数：起始整数start和结束整数end。该函数有一个整数返回值。

3.1.1 添加ECALL函数 ecall_myretsum ，将以下代码添加到Enclave.edl文件中的 untrusted{} 之前。 

trusted{

        public void ecall_myretsum();

};

同时因为需要start和end参数的返回值，还将下列代码添加到``untrusted{}`中 

size_t ocall_retsum(size_t start, size_t end);

3.1.2 修改后的Enclave.edl文件如下所示 

enclave {

    include "user_types.h" /* buffer_t */

    /* Import ECALL/OCALL from sub-directory EDLs.

     *  [from]: specifies the location of EDL file.

     *  [import]: specifies the functions to import,

     *  [*]: implies to import all functions.

     */

    from "Edger8rSyntax/Types.edl" import *;

    from "Edger8rSyntax/Pointers.edl" import *;

    from "Edger8rSyntax/Arrays.edl" import *;

    from "Edger8rSyntax/Functions.edl" import *;

    from "TrustedLibrary/Libc.edl" import *;

    from "TrustedLibrary/Libcxx.edl" import ecall_exception, ecall_map;

    from "TrustedLibrary/Thread.edl" import *;

    /*

     * ocall_print_string - invokes OCALL to display string buffer inside the enclave.

     *  [in]: copy the string buffer to App outside.

     *  [string]: specifies 'str' is a NULL terminated buffer.

     */

		trusted{

       	 	public void ecall_myretsum();

    	};

    untrusted {

        void ocall_print_string([in, string] const char *str);

				size_t ocall_retsum(size_t start, size_t end);

    };

};

3.2 Enclave.cpp文件修改

在Enclave.cpp文件中实现 ecall_myretsum 函数，该函数比较简单，就是定义两个整数参数和一个存储返回值的整数变量，并调用 OCALL 函数 ocall_retsum 计算累加和，获得计算结果，然后调用 printf 函数打印计算的累加和。

这个地方需要 注意 的是：获得OCALL函数的返回值和获得普通的C/C++函数的返回值是不一样的，获得C/C++函数的返回值可以 直接通过赋值 得到，但是获得OCALL函数的返回值需要把 存储返回值的变量的地址 传给Enclave函数，OCALL函数执行完之后，SGX会把返回值复制到地址参数指向的内存地址处，从而将返回值返回给想返回的变量。

事实上，在SGX中，OCALL函数执行时是有返回值的，返回的是该函数执行的状态，可以通过赋值获得OCALL函数执行的状态，从而判断有没有正确执行。

3.2.1 将以下代码添加到Enclave.cpp文件中 

void ecall_myretsum()

{

    size_t start = 5;

    size_t end = 10;

    size_t sum = 0;

    ocall_retsum(&sum,start, end);

    printf("%d\n", sum);

}

3.2.2 修改后的Enclave.cpp文件如下所示 

#include "Enclave.h"

#include "Enclave_t.h" /* print_string */

#include <stdarg.h>

#include <stdio.h> /* vsnprintf */

#include <string.h>

/*

 * printf:

 *   Invokes OCALL to display the enclave buffer to the terminal.

 */

int printf(const char* fmt, ...)

{

    char buf[BUFSIZ] = { '\0' };

    va_list ap;

    va_start(ap, fmt);

    vsnprintf(buf, BUFSIZ, fmt, ap);

    va_end(ap);

    ocall_print_string(buf);

    return (int)strnlen(buf, BUFSIZ - 1) + 1;

}

void ecall_myretsum()

{

    size_t start = 5;

    size_t end = 10;

    size_t sum = 0;

    ocall_retsum(&sum,start, end);

    printf("%d\n", sum);

}

3.3 Enclave.h文件修改

我们在 Enclave.h 文件中添加 ecall_myretsum 函数声明，该文件修改比较简单。

3.3.1将以下代码添加到Enclave.h文件中

void ecall_myretsum();

3.3.2 修改后的Enclave.h文件如下所示 

#ifndef _ENCLAVE_H_

#define _ENCLAVE_H_

#include <stdlib.h>

#include <assert.h>

#if defined(__cplusplus)

extern "C" {

#endif

void printf(const char *fmt, ...);

void ecall_myretsum();

#if defined(__cplusplus)

}

#endif

#endif /* !_ENCLAVE_H_ */

3.4 App.cpp文件修改

我们在该文件中调用自定义的OCALL函数 ocall_retsum 并调用自定义的ECALL函数ecall_myretsum。

3.4.1 修改main函数

由于我们不需要Edger8rSyntax和TrustedLibrary相关的函数调用，所以我们把main函数中与这两部分相关的函数调用删除，也就是把下面部分删除： 

/* Utilize edger8r attributes */

    edger8r_array_attributes();

    edger8r_pointer_attributes();

    edger8r_type_attributes();

    edger8r_function_attributes();

/* Utilize trusted libraries */

		ecall_libc_functions();

		ecall_libcxx_functions();

		ecall_thread_functions();

3.4.2 main函数中插入函数调用

在main函数之前插入 OCALL 函数 ocall_retsum 的实现，该函数计算两个整数之间的所有整数的累加和（包括这两个整数），并返回计算的累加值。即将以下代码插入到main函数之前 

size_t ocall_retsum(size_t start, size_t end){  

    size_t sum = 0;  

    for (; start <= end; start++)  

        sum += start;  

    return sum;  

}

在main函数中的Enclave创建和销毁之间插入我们定义的 ecall_myretsum 函数的调用代码，也就是把以下代码放到 sgx_destroy_enclave(global_eid); 之前。 global_eid 参数是必须的，是enclave的id。

ecall_myretsum(global_eid);

3.4.3 删除无关代码

我们也可以将main函数后面的无关代码给删了，也就是删除以下代码。 

printf("Info: SampleEnclave successfully returned.\n");

printf("Enter a character before exit ...\n");

getchar();

修改后的main函数及其之前如下所示 

size_t ocall_retsum(size_t start, size_t end){  

    size_t sum = 0;  

    for (; start <= end; start++)  

        sum += start;  

    return sum;  

}

/* Application entry */

int SGX_CDECL main(int argc, char *argv[])

{

    (void)(argc);

    (void)(argv);

    /* Initialize the enclave */

    if(initialize_enclave() < 0){

        printf("Enter a character before exit ...\n");

        getchar();

        return -1;

    }

    ecall_myretsum(global_eid);

    /* Destroy the enclave */

    sgx_destroy_enclave(global_eid);

    return 0;

}

3.5 Makefile文件修改

我们在Makefile文件中修改编译相关的信息。主要更改 

SGX_SDK ?= /opt/intel/sgxsdk

App_Cpp_Files := App/App.cpp $(wildcard App/Edger8rSyntax/*.cpp) $(wildcard App/TrustedLibrary/*.cpp)

Enclave_Cpp_Files := Enclave/Enclave.cpp $(wildcard Enclave/Edger8rSyntax/*.cpp) $(wildcard Enclave/TrustedLibrary/*.cpp)

3.5.1 修改SGX SDK路径

如果SGX SDK路径不是/opt/intel/sgxsdk，要将其改成为所在目录下/home/zjz/sgxsdk，

3.5.2 修改不可信代码编译的源文件

由于我们的不可信代码可能是多个文件，因此，我们最好在App_Cpp_Files中包括App文件夹中的所有cpp文件，更改后的结果如下。 本项目中App_Cpp_Files可以不用更改。

3.5.3 修改可信代码编译的源文件

由于我们的可信代码可能是多个文件，因此，我们最好在Enclave_Cpp_Files中包括App文件夹中的所有cpp文件，更改后的结果如下。 本项目中Enclave_Cpp_Files可以不用更改。

4. 编译文件

打开文件下的终端输入 make

5. 运行程序

执行 ./app 运行程序

其中遇到一个lib库的问题 使用 export LD_LIBRARY_PATH=$LD_LIBRARY_PATH:/home/zjz/sgxsdk/lib64 解决后重新运行

最终成功输出两数之和为45

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