安全启动
概述
安全启动旨在保护固件，防止攻击者恶意修改或替换固件。当芯片通电时，安全启动 ROM 会执行以检查固件签名的有效性。
如果签名有效，则认证会成功，这意味着固件是安全的，可以继续后续操作。否则，SoC 将清除栈并进入无限循环。
本章说明了 Linux 验证启动的使用方法。
ROM 启动机制
Linux 安全启动应从 ROM 代码开始，该代码使用保存在 OTP 中的信任根密钥（RoT）验证引导加载程序。引导加载程序应验证固件中的 KM0/KM4 固件和 cert.bin 。除 RoT 外，所有密钥都保存在 cert.bin （密钥证书）中。
安全启动流程
链式验证
Linux 安全启动基于 ROM/KM0/KM4 安全启动。安全启动流程如下图所示：
备注
通常情况下，内核命令行将是 Kernel command line: console=ttyS0,1500000 earlycon psci=enable ubi.mtd=8 ubi.block=0,0 ubi.mtd=9 dm-mod.create="system,,0,ro, 0 55928 verity 1 /dev/ubiblock0_0 /dev/ubiblock0_0 4096 4096 6991 6991 sha512 <salt> <hash> 2 ignore_corruption ignore_zero_blocks" root=/dev/dm-0 rootfstype=squashfs 。
内核初始化时会显示命令行，其内容由 <sdk>/sources/boot/uboot/cmd/realtek_avb.c 提供。
函数 realtek_organize_cmdline() 将提取关键信息并组织一个新的命令行用于安全启动。
ubi.mtd=8表示 mtd 中 rootfs 块的索引，它用于将 mtd8 设为字符设备 ubi0。ubi.block=0,0表示将字符设备 ubi0 设为块设备 ubiblock0，因为 dm verity 只能对块设备进行操作。dm-mod.create参数是由 dm-verity 驱动程序定义的。这些参数包括要验证的块设备、哈希块的大小、哈希块的数量、rootfs 哈希树的起始地址、验证所需的盐值和摘要等。摘要是指在 uboot 中已经被 VBmeta 验证过的 rootfs 的根哈希值。ubi.block0_0被附加到 dm-0 上。root=/dev/dm-0将 dm-0 挂载为根文件系统，这也意味着将 mtd8 区域的信息设为 rootfs。当用户访问 rootfs 中的某些块时，dm-verity 会对任何块及其相关块进行动态哈希计算。
有关 dm-verity 的更多细节，请参考 dm verify 。
本节介绍构造参数、操作原理、哈希树、磁盘格式以及一些示例。内核命令行是 rootfs 哈希树验证的唯一起点，哈希树的根哈希摘要将被插入 VBmeta，其有效性已通过之前的流程确认。
上述框架的代码可以分为三个部分： Flash 区域、 U-Boot 区域和 kernel 区域。下表仅列出每个部分的核心代码目录。
区域 |
路径 |
介绍 |
|---|---|---|
Flash |
<sdk>/sources/yocto/meta-realtek/tools/verified_boot |
制作安全相关固件的脚本 |
U-Boot |
<uboot>/cmd/mtd.c |
读取 NAND 闪存的操作步骤 |
<uboot>/cmd/realtek-avb.c |
vbmeta/公钥/内核/设备树的验证 |
|
Kernel |
<linux>/drivers/md/* |
此目录由名为 dm-verity 的 GPI Linux 内核提供，用于验证 rootfs 的哈希树 |
更多关于安卓验证启动的信息，请参考 android avb 。
使用说明
下列步骤列出了如何使用 Linux 安全启动。
启用 uboot 安全启动配置
准备安全启动密钥
编译安全固件
启用安全启动
启用 uboot 安全启动配置
要启用 Linux 安全启动，需要确保已打开与 U-Boot 相关的安全启动配置。
位于 <sdk>/sources/boot/uboot/configs 中的 U-Boot 配置以及与安全启动相关的配置如下：
CONFIG_VERIFIED_BOOT=y
CONFIG_OTP_RTK_AMEBA=y
当前，我们已默认启用了这些配置。
准备安全启动密钥
要使用 Linux 验证启动，必须准备安全密钥。
默认的清单/密钥文件位于 <sdk>/sources/yocto/meta-realtek/tools/verified_boot/security_keys/test 。默认秘钥可在实验阶段直接使用，量产时必须生成自己的安全秘钥。
Linux SDK 提供了工具 make_key ，位于 <sdk>/sources/yocto/meta-realtek/tools/verified_boot 文件夹中，供用户在特定密钥路径下生成自己的安全密钥。
使用以下命令生成安全密钥，生成后的密钥将位于 <key path> 路径：
make_key <key path>
安全密钥如下表所示：
文件 |
描述 |
|---|---|
manifest.json5 |
用于记录所有加密启动相关的秘钥信息 |
vbmeta.priv.key |
用于 Linux vbmeta 安全固件的私钥信息 |
vbmeta.pub.key |
用于 Linux vbmeta 安全固件的公钥信息 |
soc_info.json |
SOC 信息 |
编译安全固件
在制作安全固件之前，所有原始固件都必须已经生成结束。
Yocto SDK 使用 mksecure.sh 脚本编译安全固件，该脚本位于 <sdk>/sources/yocto/meta-realtek/tools/verified_boot 。该脚本的用法说明如下：
mksecure.sh
--key_dir=<secure key path>
--output_dir=<secure image output path>
--input_dir=<directory of the normal images>
--boot_image=<boot image path>
--dtb_image=<device tree blob image path>
--dtb_part_size=<tree blob image partition size>
--kernel_image=<kernel image path>
--kernel_part_size=<kernel partition size>
--recovery_dtb_image=<recovery device tree blob image path>
--recovery_dtb_part_size=<recovery device tree blob partition size>
--recovery_kernel_image=<recovery kernel image path>
--recovery_kernel_part_size=<recovery kernel partition size>
--root_image=<rootfs image path>
--root_part_size=<rootfs partition size>
--km4_boot=<firmware boot image path>
--km4_app=<firmware app image path>
--imgtool_flashloader=<imgtool flashloader path>
--use_dtb_size =<enable the auto parse of image size>
其参数如下表所列：
参数 |
必选/可选？ |
描述 |
|---|---|---|
key_dir |
必选 |
表示安全密钥的位置，默认在 |
output_dir |
必选 |
表示安全固件的输出路径。 |
input_dir |
可选 |
表示普通固件的目录。该目录中的固件将用作安全固件的来源。
|
dtb_image |
必选 |
表示非安全设备树 blob 固件的路径。 |
recovery_dtb_image |
当开启 recovery 时必选 |
表示恢复设备树 blob 固件的路径，如果需要刷入非安全恢复固件，则此参数不是必需的。 |
boot_image |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全启动固件的路径。 |
kernel_image |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全内核固件的路径。 |
recovery_kernel_image |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全恢复内核固件的路径，如果需要刷入非安全恢复固件，则此参数不是必需的。 |
root_image |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全 rootfs squashfs 固件的路径，并且只需要 squashfs 固件。 |
km4_boot |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全 firmware 启动固件的路径。 |
km4_app |
当存在 input_dir 时可选 |
表示非安全 firmware 应用固件的路径。 |
imgtool_flashloader |
当存在 input_dir 时可选 |
表示文件 |
use_dtb_size |
可选， 另名为 -s |
设置为 1 以启用自动设备树解析。
|
dtb_part_size |
只在 -s 未设置时有效 |
表示在 |
kernel_part_size |
只在 -s 未设置时有效 |
表示在 |
recovery_dtb_part_size |
只在 -s 未设置时有效 |
表示在
rtl8730e-spi-nand-256m.dtsi (rtl8730e-spi-nand-128m.dtsi) 中描述的恢复设备树blob分区的大小，如果需要刷入非安全恢复映像，则此参数不是必需的。
|
recovery_kernel_part_size |
只在 -s 未设置时有效 |
表示在
rtl8730e-spi-nand-256m.dtsi (rtl8730e-spi-nand-128m.dtsi) 中描述的恢复内核分区的大小，如果需要刷入非安全恢复映像，则此参数不是必需的。
|
root_part_size |
表示在 |
其中 <dts_dir> 表示设备树文件的目录。
对于内核 5.4.x，该目录是
<sdk>/kernel/linux-5.4/arch/arm/boot/dts。对于内核 6.6.x，该目录是
<sdk>/kernel/linux-6.6/arch/arm/boot/dts/realtek/ameba。
启用安全启动
在刷写安全固件并启动系统后，通过编程 OTP 位来启用安全启动。
示例中的具体秘钥信息均为 Linux SDK 中自带的默认秘钥。
确认 准备安全启动密钥 中描述的秘钥信息已正确用于编译安全固件，并向 OTP 中写入该路径下的秘钥信息。
在 OTP 中编程安全启动根公钥哈希。
根公钥哈希值存放在 准备安全启动密钥 中描述的
manifest.json5文件中。找到文件中image1的sboot_public_key_hash字段。image1: { img_id: 0, img_ver_major: 1, img_ver_minor: 1, huk_epoch: 1, rsip_iv: "0102030405060708", sboot_private_key: "A3508C1155602F2C7B5DAC524868A4667B63D2097482786838EFD1046E31404E", sboot_public_key: "63C64A234E15B11E7C4A9227F151C640637AEF0699774DCAA7D38BB565172896", sboot_public_key_hash: "B7A307DCE8C5967983D55A9E3EB0E0617C48775383753A6D26EA6E13B1187BD3", },使用以下命令编程 OTP PK1：
efuse wraw 320 32 B7A307DCE8C5967983D55A9E3EB0E0617C48775383753A6D26EA6E13B1187BD3在 OTP 中启用安全启动。
使用
efuse rmap检查 0x2 和 0x3 中的值：$efuse rmap 0 16
比如，我们可以看到地址 0x2 0x3 的值分别为 0x10 0xa0。
将 0x3[2] 设置为 1，启用安全启动使能位。以 0x10 0xa0 为例，我们会需要向地址 0x2 0x3 写入 0x10 0xa4。
$efuse wmap 2 2 10a4
再次使用
efuse rmap检查安全启动位是否成功设置。
复位开发板。
当安全启动成功时，可以看到以下日志：
IMG1 SBOOT EN: secure boot is enabled
IMG1(OTA1) VALID, ret: 0: bootloader authentication pass
IMG2 VERIFY PASS: IMAGE2 authentication pass
AP BL1&FIP VERIFY PASS: AP uboot authentication pass
Public Key Hash Verified Success
Rollback Index: Version PASS!: rollback authentication pass
VbMeta Signature Verified Success!: vbmeta authentication pass
Kernel Image verified success!: linux kernel authentication pass
DTB/FDT Image verified success!: Linux DTB authentication pass
linux verified boot: success!
