安全启动

一、安全启动链

BootROM（不可改，芯片内置）
  ↓ 验证 SPL（签名）
SPL
  ↓ 验证 U-Boot
U-Boot
  ↓ 验证 内核 + DTB + initramfs
Linux 内核
  ↓ 挂载 dm-verity / dm-crypt rootfs
rootfs
  ↓
应用（Selinux/AppArmor 约束）

每一级验证下一级的签名后才执行。

二、签名工具

1. RSA 密钥对

# 一次性
cd certs/
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -nodes \
    -keyout my_key.pem -out my_cert.pem \
    -days 36500 -subj "/CN=My Secure Boot/"

# 转换为 DER（部分工具需要）
openssl x509 -in my_cert.pem -outform der -out my_cert.der

2. 内核签名

CONFIG_MODULE_SIG=y
CONFIG_MODULE_SIG_KEY="certs/my_key.pem"
CONFIG_MODULE_SIG_HASH="sha256"
CONFIG_MODULE_SIG_FORCE=y

3. 模块签名

# 内核自动签 / 手动签
kmodsign sha512 my_key.pem my_cert.pem mymodule.ko

4. FIT Image 签名（U-Boot）

configurations {
    default = "conf";
    conf {
        kernel = "kernel";
        fdt = "fdt";
        ramdisk = "ramdisk";
        signature {
            algo = "sha256,rsa2048";
            key-name-hint = "dev";
            sign-images = "kernel", "fdt", "ramdisk";
        };
    };
};

mkimage -f fit.its -K dev.dtb -k keys/ fit.itb

三、安全启动流程（ARM）

// SPL 中
// 1. 从 eMMC 读 U-Boot
// 2. 用根证书验证 U-Boot 的签名
// 3. 验证通过，跳转 U-Boot

// U-Boot 中
// 1. 读 kernel + dtb + initramfs
// 2. 用 U-Boot 内置公钥验证签名
// 3. 验证通过，跳转 kernel

四、dm-verity（rootfs 完整性）

1. 概念

块级 hash 树
内核启动时验证
只读保护

2. 生成

veritysetup format rootfs.ext4 myverity.img \
    --hash sha256 --data-block-size 4096 --hash-block-size 4096

输出：root-hash（hash 树根）

3. 启动参数

root=/dev/dm-0 ro
dm-mod.create="verity,,,rootfs.ext4,myverity.img,root-hash-value 1"

4. 集成到 Buildroot

BR2_PACKAGE_DM_VERITY=y

五、dm-crypt（加密）

# 创建加密盘
cryptsetup luksFormat /dev/sdb1
cryptsetup open /dev/sdb1 my_crypt
mkfs.ext4 /dev/mapper/my_crypt

# 启动参数
root=/dev/mapper/my_crypt
cryptopts=target=my_crypt,source=/dev/sdb1

六、TEE（可信执行环境）

ARM TrustZone（OP-TEE）
私钥存于 TEE 内部
普通世界（Linux）不能读取

firmware {
    optee {
        compatible = "linaro,optee-tz";
        method = "smc";
    };
};

七、安全相关工具

OP-TEE：开源 TEE
TrustZone：ARM 硬件
Keylime：远程证明
IMA（Integrity Measurement Architecture）：内核完整性
EVM（Extended Verification Module）：文件属性保护
DM-Verity：rootfs 完整性
LUKS / dm-crypt：磁盘加密
SELinux / AppArmor：访问控制

八、IMA

# 启动参数
ima_tcb ima_policy=appraise_tcb

# 配置 /etc/ima/ima-policy
measure func=BPRM_CHECK
measure func=FILE_MMAP

九、常见安全威胁与对策

威胁	对策
物理读取 Flash	加密存储（dm-crypt）
修改固件	安全启动签名
替换 rootfs	dm-verity
中间人（网络）	TLS、证书校验
提权	SELinux、capabilities
Rootkit	内核模块签名
时间攻击	Watchdog、安全告警
注入	输入验证、ASLR、栈保护

十、关键内核配置

CONFIG_SECURITY=y
CONFIG_SECURITY_SELINUX=y
CONFIG_DEFAULT_SECURITY_SELINUX=y

CONFIG_ENCRYPTED_KEYS=y
CONFIG_TRUSTED_KEYS=y

CONFIG_INTEGRITY=y
CONFIG_INTEGRITY_SIGNATURE=y
CONFIG_IMA=y

# 启动参数
rodata=o
slab_nomerge
init_on_alloc=1
init_on_free=1
page_alloc.shuffle=1