Obsah skrýt
1 Bezpečné spuštění TQMa93
2 Informace o produktu
3 Postup
4 Příprava
5 U-Boot
6 FIT-Image
7 Často kladené otázky
8 Dokumenty / zdroje
8.1 Reference

TQMa93-logo

Bezpečné spuštění TQMa93

TQMa93-Secure-Boot-product

Informace o produktu

Specifikace

  • Model: TQMa93xx
  • Operační systém: Linux (Ubuntu 22.04)
  • Bezpečnostní funkce: Bezpečné spouštění

POZOR: Fuses (One Time Programmable) are set in this How-to, this process is irreversible. It is therefore strongly recommended to use a development pattern for this guide.

Postup

Tato příručka vysvětluje, jak lze pomocí dm-verity vytvořit řetězec důvěryhodnosti od zavaděče přes linuxové jádro až po kořenový oddíl.
Následující tabulka poskytuje zjednodušený popis kroků potřebných k vytvoření řetězce důvěryhodnosti a ověřování během procesu spouštění:

TQMa93-Secure-Boot-01

Příprava

The following projects are required to create a signed boot stream for TQMa93xx:

Bootstream pro TQMa93xx se skládá z několika artefaktů. Pro získání všech těchto artefaktů ze stejného zdroje se doporučuje použít pracovní prostor TQ Yocto ci-meta-tq. Pokyny uvedené v tomto pracovním prostoru lze použít k vytvoření kompletního obrazu (tq-image-weston-debug nebo tq-image-generic-debug) pro jedno z následujících zařízení založených na TQMa93xx:

  • tqma93xx-mba91xxca.conf
  • tqma93xx-mba93xxca.conf
  • tqma93xxla-mba93xxla.conf

POZOR: To create U-Boot with secure boot functionality (AHAB), the following line must be added to local.conf:
DISTRO_FEATURES:append = „zabezpečené“
Dále je nutné znovu vytvořit bootovací stream:
$ bitbake imx-boot

The TQ Yocto workspace can also be used to create an image of the complete chain of trust presented here. The settings required for this are described in section 5.2 .
The sources for the Linux kernel and U-Boot are optional but recommended. They can be downloaded from Github:

U-Boot

Generating keys
Signing and verification of the boot stream are carried out using a public key infrastructure (PKI). If not already available, the Code Signing Tool can be used to create a suitable PKI. The CST 3.4.x is a tar.gz archive that only needs to be unpacked. No further installation is necessary. The following steps can be used to generate the sampklíče pro tuto příručku:

POZOR: Paths are relative to the folder extracted from the archive.

  1. Enter the serial number of the first certificate in keys/serial (file musí být vytvořen): 12345678
  2. Enter the passphrase twice in keys/key_pass.txt (file must be created):
    my_passphrase my_passphrase
  3. Create PKI tree:
    $ keys/ahab_pki_tree.sh -existing-ca n -kt ecc -kl p521 -da sha512 -duration 10 -srk-ca n
    For an explanation of the options, please refer to the User Guide contained in the CST (in the docs subfolder) or the –help option of the above script.
    Alternatively, the script can also be called without options and configured in interactive mode.
    The script generates keys in keys/ and certificates in crts/.
  4. Create SRK table and SRK hash table:
    $ linux64/bin/srktool -a -s sha512 -d sha256 -t SRK_1_2_3_4_table.bin \
    -e SRK_1_2_3_4_fuse.bin -f 1 -c
    crts/SRK1_sha512_secp521r1_v3_usr_crt.pem,crts/SRK2_sha512_secp521r1_v3_usr_crt. pem,crts/SRK3_sha512_secp521r1_v3_usr_crt.pem,crts/SRK4_sha512_secp521r1_v3_usr_ crt.pem
  5. Write SRK hash table in fuses:
    POZOR: Tento krok je možný pouze jednou a je nevratný. Následující hodnoty jsou pouze examples a musí být nahrazeny vašimi vlastními hodnotami.
    • Display hashes:
      $ hexdump -e ‘/4 “0x”‘ -e ‘/4 “%X””\n”‘ SRK_1_2_3_4_fuse.bin
      0x00000000
      0x11111111
      0x22222222
      0x33333333
      0x44444444
      0x55555555
      0x66666666
      0x77777777
    • Write hashes in fuses (TQMa93xx U-Boot):
      => fuse prog 16 0 0x00000000
      => fuse prog 16 1 0x11111111
      => fuse prog 16 2 0x22222222
      => fuse prog 16 3 0x33333333
      => fuse prog 16 4 0x44444444
      => fuse prog 16 5 0x55555555
      => fuse prog 16 6 0x66666666
      => fuse prog 16 7 0x77777777

 Creating a signed boot stream

 U-Boot Proper and ATF

  1. Zkopírujte požadované files (successful build of a TQ image, see above, or the U-Boot sources is assumed):
    • ARM Trusted Firmware: ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/bl31-imx93.bin, rename to bl31.bin
    • U-Boot Proper:
      ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/u-boot.bin
      Tento file is a link, so copy it with cp –-dereference or display and copy the original file with ls –-long
      or
      ze samokompilovaných zdrojů U-Bootu
      Tyto fileSoubory s je nutné zkopírovat do souboru imx-mkimage/iMX9/. Soubor imx-mkimage lze získat z výše zmíněného repozitáře Github, instalace není nutná.
  2. Build container with U-Boot Proper and ATF (execute in folder imx-mkimage):
    $ make SOC=iMX9 REV=A1 u-boot-atf-container.img include autobuild.mak
    • …
    • CST: KONTAJNER 0 offset: 0x0
    • CST: KONTAJNER 0: Blok podpisu: offset je na 0x110
    • Offsets = 0x0 0x110
    • HOTOVO.
    • Poznámka: Zkopírujte obrázek do offsetu: IVT_OFFSET + IMAGE_OFFSET
      POZOR: V dalším kroku jsou vyžadovány offsety pro kontejner a blok podpisu.
    • Artefakt imx-mkimage/iMX9/u-boot-atf-container.img je pak nutné zkopírovat do složky CST rozbalené v kroku „3.1 Generování klíčů“.
  3. Transfer offset of container and signature block to Command Sequence File (CSF):
    • [Záhlaví]
    • Target = AHAB
    • Verze = 1.0
    • [Instalovat ŠRK]
    • File = “SRK_1_2_3_4_table.bin”
    • Source = “crts/SRK1_sha512_secp521r1_v3_usr_crt.pem”
    • Source index = 0
    • Source set = OEM
    • Revocations = 0x0
    • [Ověření dat]
    • File = “u-boot-atf-container.img”
    • Offsets = 0x0 0x110
    • CSF based on: https://github.com/nxp-imx/uboot-imx/blob/lf_v2024.04/doc/imx/ahab/csf_examples/csf_uboot_atf.txt
    • The CSF is also stored in the CST folder with the name csf_uboot_atf.txt that was unpacked in step “3.1 Generating keys”.
  4. Sign container (path relative to the CST folder):
    $ linux64/bin/cst -i csf_uboot_atf.txt -o signed-u-boot-atf-container.img The signed container must then be copied back to imx-mkimage/iMX9/u-boot-atf-container.img. Note the renaming to u-boot-atf-container.img.

 Complete bootstream

  1. Zkopírujte požadované files (successful build of a TQ image, see above, or of the U-Boot sources is assumed):
    • Edgelock Secure Enclave Firmware: ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/mx93a1-ahab-container.img
    • RAM Firmware: ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/lpddr4*.bin
    • U-Boot SPL:
      ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/u-boot-spl.bin
      Tento file is a link, so copy it with cp –-dereference or display and copy the original file with ls –-long
      or
      ze samokompilovaných zdrojů U-Bootu
    • Signed container with U-Boot Proper and ATF from step „3.2.1 U-Boot Proper and ATF“
      Tyto fileSoubory s je nutné také zkopírovat do souboru imx-mkimage/iMX9/.
  2. Build bootstream
    • $ make -j8 SOC=iMX9 REV=A1 flash_singleboot
      zahrnout autobuild.mak
    • …
    • CST: KONTAJNER 0 offset: 0x400
    • CST: KONTAJNER 0: Blok podpisu: offset je na 0x490
    • Offsets = 0x400 0x490
    • HOTOVO.
    • Poznámka: Please copy image to offset: IVT_OFFSET + IMAGE_OFFSET append u-boot-atf-container.img at 379 KB, psize=1024
    • 1145+0 záznamů v
    • Vyšlo 1145+0 záznamů
    • 1172480 bajtů (1.2 MB, 1.1 MiB) zkopírováno, 0.00266906 s, 439 MB/s
    • POZOR: The offsets for the container and signature block are required in the next step.
      Artefakt imx-mkimage/iMX9/flash.bin je pak nutné zkopírovat do složky CST rozbalené v kroku „3.1 Generování klíčů“.
  3. Transfer offset of container and signature block to Command Sequence File (CSF):
  4. Sign the bootstream
    • linux64/bin/cst -i csf_boot_image.txt -o signed-flash.bin

The steps for replacing the boot stream can be found in the BSP layer (https://github.com/tq-systems/meta-tq) under meta-tq/doc.

Ověření
To check if the signed boot stream is valid, use the ahab_status command in U-Boot:

  • => ahab_status
  • Lifecycle: 0x00000008, OEM Open
  • Nenalezeny žádné události!
  • If an event is found, the boot stream is invalid and would not be able to boot on a locked device.

Pro falzifikaci lze spustit nepodepsaný bootstream a poté zavolat ahab_status:

  • => ahab_status
  • Lifecycle: 0x00000008, OEM Open
  • 0x0287fad6
  • IPC = MU APD (0x2)
  • CMD = ELE_OEM_CNTN_AUTH_REQ (0x87)
  • IND = ELE_BAD_KEY_HASH_FAILURE_IND (0xFA)
  • STA = ELE_SUCCESS_IND (0xD6)
  • 0x0287fad6
  • IPC = MU APD (0x2)
  • CMD = ELE_OEM_CNTN_AUTH_REQ (0x87)
  • IND = ELE_BAD_KEY_HASH_FAILURE_IND (0xFA)
  • STA = ELE_SUCCESS_IND (0xD6)

 Zamkněte zařízení

POZOR: This step is irreversible and should only be carried out if necessary. If the configuration is incorrect, this step will result in an unusable device.

The device can be locked in the U-Boot with the command ahab_close. This means that only valid boot streams verified by the Boot ROM will boot. The following status is displayed after rebooting:

  • => ahab_status
  • Lifecycle: 0x00000020, OEM Closed
  • Nenalezeny žádné události!

FIT-Image

POZOR: Path information is relative to a new, empty folder, e.g.
fit_image_work, or the kernel sources, if self-compiled. Hereafter referred to as the working directory.

Generating a key pair
An asymmetric key pair is used to sign the FIT image. Such a pair can be generated with OpenSSL:

$ openssl genpkey -algorithm RSA -out dev.key -pkeyopt rsa_keygen_bits:2048
$ openssl req -batch -new -x509 -key dev.key -out dev.crt

Create image tree source

  • Create image tree source sign.its for the FIT image.
  • /dts-v1/;
  • / {
  • description = “Kernel fitImage for TQMa93xx”;
  • #address-cells = <1>;
  • images {
  • kernel-1 {
  • description = “Linux kernel”;
  • data = /incbin/(“Image”);
  • type = “kernel”;
  • arch = “arm64”;
  • os = “linux”;
  • compression = “gzip”;
  • load = <0x90000000>;
  • entry = <0x90000000>;
  • hash-1 {
  • algo = “sha256”;
  • };
  • };
  • fdt-1 {
  • description = “Flattened Device Tree blob”;
  • data = /incbin/(“<path/to/Devicetree.dtb>”);
  • type = “flat_dt”;
  • arch = “arm64”;
  • compression = “none”;
  • load = <0x97000000>;
  • hash-1 {
  • algo = “sha256”;
  • };
  • };
  • };
  • configurations {
  • default = “conf-1”;
  • conf-1 {
  • description = “Linux kernel, FDT blob”;
  • kernel = “kernel-1”;
  • fdt = “fdt-1”;
  • hash-1 {
  • algo = “sha256”;
  • };
  • signature-1 {
  • algo = “sha256,rsa2048”;
  • key-name-hint = “dev”;
  • padding = “pkcs-1.5”;
  • sign-images = “kernel”, “fdt”;
  • };
  • };
  • };
  • };

 Creating a signed FIT image

Poznámka: The devicetree binary for U-Boot is required for this step. Ready-made devicetree binaries can be found in the Yocto workspace in the U-Boot build directory. The path to the build directory can be displayed with bitbake virtual/bootloader –e | grep ^B=.

  1. Zkopírujte požadované files into the working directory:
    • Rename U-Boot devicetree imx93-tqma9352-mba91xxca.dtb, imx93-tqma9352-mba93xxca.dtb or imx93-tqma9352-mba93xxla.dtb, in pubkey.dtb:
      From U-Boot build directory in Yocto workspace (path: bitbake virtual/bootloader –e | grep ^B=)
      or
      ze samokompilovaných zdrojů U-Bootu
    • Linux-Kernel:
      ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/Image
      Tento file is a link, so copy it with cp –-dereference or display and copy the original file with ls –-long
      or
      from self-compiled Linux sources
    • Linux devicetree:
      Depending on the variant ${DEPLOY_DIR_IMAGE}/imx93-tqma93…
      Tento file is a link, so copy it with cp –-dereference or display and copy the original file with ls –-long
      or
      from self-compiled Linux sources
    • The keys generated in step 4.1
    • The ITS file vytvořené v kroku 4.2
  2. Create FIT image with signature
    $ mkimage -f sign.its -K pubkey.dtb -k . -r image.itb
    The public key is written to the devicetree of the U-Boot. This key is used to verify the FIT image signed above.

POZOR: To pack the U-Boot devicetree with the public key into the signed bootstream from chapter 3.2, the steps from chapter 3.2 must be repeated with a customized U-Boot Proper u-boot.bin. To do this, the devcietree with the public key pubkey.dtb must be specified via the EXT_DTB option when compiling the U-Boot:
make EXT_DTB=<Pfad/zu/pubkey.dtb>

Ověření
V U-Bootu s veřejnými klíči lze podepsaný obraz FIT image.itb spustit pomocí bootm po jeho načtení z vhodného média (TFTP, eMMC, SD).
Při spuštění obrazu FIT vrátí U-Boot na konzoli informaci s názvem, algoritmem a délkou klíče vygenerovaného v kapitole 256: Verifying Hash Integrity … sha2048,rsa4.1:dev+ OK:

  • ## Loading kernel from FIT Image at 80400000 …
    …
  • Verifying Hash Integrity … sha256,rsa2048:dev+ OK
    …
  • ## Loading ramdisk from FIT Image at 80400000 …
    …
  • Verifying Hash Integrity … sha256,rsa2048:dev+ OK
    …
  • ## Loading fdt from FIT Image at 80400000 …
    …
  • Verifying Hash Integrity … sha256,rsa2048:dev+ OK
    …

Pro falšování lze vygenerovat další pár klíčů, jak je popsáno v části 4.1, a použít jej k podepsání obrazu FIT. Tento obraz FIT nelze spustit bez výměny klíče ve stromu zařízení U-Boot:
## Loading kernel from FIT Image at 80400000 …

Using ‘conf-1’ configuration
Verifying Hash Integrity … sha256,rsa2048:test- error!
Verification failed for ‘<NULL>’ hash node in ‘conf-1’ config node
Failed to verify required signature ‘key-dev’
Bad Data Hash
ERROR: can’t get kernel image!

Extend Chain of Trust: root partition
Předem vytvořený řetězec důvěryhodnosti ověřuje původ U-Bootu a linuxového jádra. Díky výše uvedeným mechanismům může pouze vlastník vygenerovaného soukromého klíče podepsat svůj software a spustit jej na zařízení. Do řetězce lze přidat další odkazy. Následující část popisuje, jak lze kořenový oddíl chránit před manipulací pomocí dm-verity. Pro reálnou implementaci je také ukázáno, jak lze kompletní řetězec vytvořit pomocí TQ-BSP. Podrobný návod k ochraně dm-verity je vynechán kvůli složitosti požadavků.

 Sketch: Verity Devicemapper

  1. Generate Verity hashes:
    veritysetup vypočítává hash hodnoty a ukládá je na konec kořenového oddílu. Kořenový oddíl může být skutečný file nebo blokovací zařízení file (např. /dev/sdaX).
    • veritysetup \
    • –data-block-size=1024 \
    • –hash-block-size=4096 \
    • –hash-offset=<Offset> \
    • format \
    • <Root-Partition.img> \
    • <Root-Partition.img>
    • veritysetup vypíše následující informace (s odpovídajícími odlišnými hodnotami):
    • Informace o záhlaví VERITY pro soubor data.img
    • UUID: e06ff4cb-6b56-4ad4-bd97-0104505a70a5
    • Hash type: 1
    • Data blocks: 204800
    • Data block size: 1024
    • Hash block size: 4096
    • Hash algorithm: sha256
    • Salt: 17328c48990b76fbb3e05d0ebfd236043674cf0d14c278bc875b42693621cc21
    • Root hash: a0e1a449d452f74d041706b955794c0041e3d8ad051068df6589e08485323698
    • Kořenový hash je citlivá hodnota, kterou je třeba chránit. Pokud je tento hash ohrožen, např. pokud jej může změnit neoprávněná osoba, pak je ochrana integrity kořenového oddílu pomocí dm-verity bezcenná.
  2. Integrate the root hash into the chain of trust
    • The root hash generated above is stored in the signed FIT image, which protects it against manipulation. For this purpose, an initramfs is added to the FIT image in which the root hash is stored in a file.
    • The images node of the ITS file from chapter 4.2 is extended by the following section, among others:
    • ramdisk-1 {
    • description = “dm-verity-image-initramfs”;
    • data = /incbin/(“<path/to/Initramfs.cpio.gz>”);
    • type = “ramdisk”;
    • arch = “arm64”;
    • os = “linux”;
    • compression = “none”;
    • load = <0x98000000>;
    • entry = <0x98000000>;
    • hash-1 {
    • algo = “sha256”;
    • };
    • };
  3. Check the integrity of the root partition
    • The initramfs contains a suitable script that generates a device mapper from the root partition and the root hash.
    • veritysetup \
    • –data-block-size=${DATA_BLOCK_SIZE} \
    • –hash-offset=${DATA_SIZE} \
    • create rootfs \
    • </dev/Root-Paritition> \
    • </dev/Root-Paritition> \
    • <Root Hash>

The device mapper is then mounted:

  • mount \
  • -o ro \
  • /dev/mapper/rootfs \
  • /rootfs

Kořen fileSystém je pouze pro čtení. Chcete-li přepnout na skutečný kořenový adresář filesystém, použijte switch-root.

Automated creation with TQ-BSP
In principle, an image with a chain of trust from the boot loader to the root partition can be created automatically with the TQ-BSP.
For TQMa93xx the following options have to be added to local.conf :

  • # The DISTRO_FEATURE secure necessary config options for U-Boot and Kernel
  • DISTRO_FEATURES:append = „zabezpečené“
  • # Name of the key used for signing the bootloader
  • IMX_HAB_KEY_NAME = “ahab”
  • # Activates the signing of the FIT image in the build process
  • UBOOT_SIGN_ENABLE = “1”
  • # This class contains the logic for creating a protected root partition
  • IMAGE_CLASSES += “dm-verity-img”
  • # Name of the initramfs image for dm-verity handling
  • INITRAMFS_IMAGE = “dm-verity-image-initramfs”
  • # Initramfs is stored as a separate artifact in the image
  • INITRAMFS_IMAGE_BUNDLE = “0”
  • # Store FIT image with initramfs in boot partition
  • IMAGE_BOOT_FILES:append = ” fitImage-${INITRAMFS_IMAGE}-${MACHINE}-
  • ${MACHINE};fitImage” # Image to be protected with dm-verity
  • # Alternative: tq-image-weston-debug
  • DM_VERITY_IMAGE = “tq-image-generic-debug”
  • # Type oft he above image
  • DM_VERITY_IMAGE_TYPE = “ext4”

POZOR: The exact options may change in future versions of the BSP. The latest information can be found in the BSP layer documentation (https://github.com/tq-systems/meta-tq) under meta-tq/doc.

Kompletní obraz se vytvoří pomocí bitbake tq-image-generic-debug a poté jej lze zapsat například na SD kartu.ample.

Ověření
In Linux, mount -a can be used to check if the Verity Devicemapper is mounted as the root filesystém:

  • # montáž
  • …
  • /dev/mapper/rootfs on / type ext4 (ro,relatime)
  • …
  • Navíc celý kořen file Systém je v tomto případě pouze pro čtení:
  • # touch test
  • touch: cannot touch ‘test’: Read-only file systém

Pro falzifikaci, kořen file system can be modified offline and the device rebooted. The modification causes a different root hash and the boot process is aborted: device-mapper: verity: 179:98: data block 1 is corrupted

More information about the TQMa93xx can be found in the TQ Support Wiki: https://support.tq-group.com/en/arm/modules#nxp_imx_9_series

TQ-Systems GmbH
Mühlstraße 2 l Gut Delling l 82229 Seefeld Info@TQ-Group | TQ-Group

Často kladené otázky

Otázka: Je možné zvrátit nevratný proces nastavování pojistek zmíněný v návodu?
A: No, setting Fuses is irreversible. It is recommended to use a development pattern.

Otázka: Kde najdu potřebné zdrojové kódy pro Linux a U-Boot?

A: Linux:
Linuxový repozitář
U-Boot: U-Boot
Úložiště

Dokumenty / zdroje

Bezpečné spouštění TQ TQMa93 [pdfUživatelská příručka
TQMa93xx, TQMa93 Bezpečné spuštění, Bezpečné spuštění, Spuštění

Reference

Zanechte komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Povinná pole jsou označena *