secure boot（三）secure boot的簽名和驗(yàn)簽方案

ubuntu:~/uboot-nextdev$ fdtdump u-boot.dtb | less
/dts-v1/;
....
/ { #address-cells =; #size-cells =; compatible = "rockchip,rv1126-evb", "rockchip,rv1126";
        model = "Rockchip RV1126 Evaluation Board";
        // signature節(jié)點(diǎn)由mkimage工具自動(dòng)插入生成，節(jié)點(diǎn)里保存了RSA-SHA算法類型、RSA核心因子參
   //數(shù)等信息。
        signature {
         key-dev {
    required = "conf";
          algo = "sha256,rsa2048";
          rsa,np =;
          rsa,c =;
          rsa,r-squared =;
          rsa,modulus =;
          rsa,exponent-BN =;
          rsa,exponent =;
          rsa,n0-inverse =;
          rsa,num-bits =;
          key-name-hint = "dev";
};
};

簽名方案

上一節(jié)內(nèi)容提到過(guò)，在secure boot中一般使用RSA簽名方案。

要完成對(duì)鏡像的簽名，就必須使用私鑰。而私鑰一般是存在服務(wù)器上的，在本地PC上只存公鑰。要想完成對(duì)鏡像的簽名，就必須把所有鏡像上傳到服務(wù)器重新打包。這種方案上傳的文件太多，比較繁瑣。下面我們介紹一種常用的簽名方案。

在PC上，存放一把公鑰和臨時(shí)私鑰，公鑰是打包進(jìn)dtb中的，安全啟動(dòng)時(shí)使用。臨時(shí)私鑰是為了生成簽名數(shù)據(jù)。

在本地打包時(shí)，使用臨時(shí)私鑰對(duì)非安全鏡像簽名，將簽名數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器使用真正的私鑰進(jìn)行二次簽名。將二次簽名的數(shù)據(jù)和非安全鏡像打包在一起，就得到了安全鏡像。安全啟動(dòng)時(shí)，從dtb中拿出公鑰對(duì)安全鏡像進(jìn)行校驗(yàn)即可。

這樣既可以保證私鑰的安全，又避免了上傳所有鏡像簽名的繁瑣。

簽名鏡像+簽名配置

在secure boot中，除了對(duì)各個(gè)獨(dú)立鏡像簽名外，還要對(duì)FIT Image中的配置項(xiàng)進(jìn)行簽名。

有些情況下，已經(jīng)簽名的鏡像也有可能遭到破壞。例如，也可以使用相同的簽名鏡像創(chuàng)建一個(gè)FIT image，但是，其配置已經(jīng)被改變，從而可以選擇不同的鏡像去加載（混合式匹配攻擊）。也有可能拿舊版本的FIT Image去替換新的FIT image（回滾式攻擊）。

下面舉個(gè)例子。

/ {
 images {
  kernel@1 {
   data = for kernel1>
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048"; # kernel image鏡像的哈希值，由mkiamge工具自動(dòng)生成 value = <...kernel signature 1...>
   };
  };
  kernel@2 {
   data = for kernel2>
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048";
    value = <...kernel signature 2...>
   };
  };
  fdt@1 {
   data = for fdt1>;
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048";
    vaue = <...fdt signature 1...>
   };
  };
  fdt@2 {
   data = for fdt2>;
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048";
    vaue = <...fdt signature 2...>
   };
  };
 };
 configurations {
  default = "conf@1";
  conf@1 {
   kernel = "kernel@1";
   fdt = "fdt@1";
  };
  conf@1 {
   kernel = "kernel@2";
   fdt = "fdt@2";
  };
 };
};

兩個(gè)kernel image 都已經(jīng)被簽名了，但是，攻擊者可以很容易的將kernel1 和fdt2 作為configuration 3去加載。

configurations {
  default = "conf@1";
  conf@1 {
   kernel = "kernel@1";
   fdt = "fdt@1";
  };
  conf@1 {
   kernel = "kernel@2";
   fdt = "fdt@2";
  };
  conf@3 {
   kernel = "kernel@1";
   fdt = "fdt@2";
  };
 };

攻擊者可以拿到簽名的鏡像，并且鏡像是正確的。這種組合式攻擊會(huì)給設(shè)備帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。

因此，為了解決這個(gè)問(wèn)題，除了給鏡像簽名外，我們可以把配置選項(xiàng)也簽名，每個(gè)鏡像都有自己的簽名，在給配置選項(xiàng)簽名時(shí)，把鏡像的hash值也包含進(jìn)去。具體例子如下：

/ {
 images {
  kernel@1 {
   data = for kernel1> hash@1 {
    algo = "sha1";
    value = <...kernel hash 1...>
   };
  };
  kernel@2 {
   data = for kernel2> hash@1 {
    algo = "sha1";
    value = <...kernel hash 2...>
   };
  };
  fdt@1 {
   data = for fdt1>; hash@1 {
    algo = "sha1";
    value = <...fdt hash 1...>
   };
  };
  fdt@2 {
   data = for fdt2>; hash@1 {
    algo = "sha1";
    value = <...fdt hash 2...>
   };
  };
 };
 configurations {
  default = "conf@1";
  conf@1 {
   kernel = "kernel@1";
   fdt = "fdt@1";
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048"; # 對(duì)配置項(xiàng)簽名，由mkimage工具自動(dòng)生成 value = <...conf 1 signature...>;
   };
  };
  conf@2 {
   kernel = "kernel@2";
   fdt = "fdt@2";
   signature@1 {
    algo = "sha1,rsa2048";
    value = <...conf 1 signature...>;
   };
  };
 };
};

如上所示，除了給所有鏡像添加了hash值，還為每個(gè)配置添加了簽名。mkimage將會(huì)對(duì)configurations/conf@1簽名(/images/kernel@1, /images/kernel@1/hash@1,/images/fdt@1, /images/fdt@1/hash@1)。簽名會(huì)被寫入  /configurations/conf@1/signature@1/value。

$ make O=sandbox sandbox_config
$ make O=sandbox
$ O=sandbox ./test/vboot/vboot_test.sh
/home/hs/ids/u-boot/sandbox/tools/mkimage -D -I dts -O dtb -p 2000
Build keys do sha1 test Build FIT with signed images
Test Verified Boot Run: unsigned signatures:: OK
Sign images
Test Verified Boot Run: signed images: OK
Build FIT with signed configuration
Test Verified Boot Run: unsigned config: OK
Sign images
Test Verified Boot Run: signed config: OK
check signed config on the host
Signature check OK
OK
Test Verified Boot Run: signed config: OK
Test Verified Boot Run: signed config with bad hash: OK do sha256 test Build FIT with signed images
Test Verified Boot Run: unsigned signatures:: OK
Sign images
Test Verified Boot Run: signed images: OK
Build FIT with signed configuration
Test Verified Boot Run: unsigned config: OK
Sign images
Test Verified Boot Run: signed config: OK
check signed config on the host
Signature check OK
OK
Test Verified Boot Run: signed config: OK
Test Verified Boot Run: signed config with bad hash: OK

Test passed