Jetson Secure Boot全链路讲解：从eFUSE到Kernel的可信启动实战

原创已于 2025-11-06 21:31:23 修改 · 809 阅读

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于 2025-11-06 21:31:11 首次发布

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Jetson Secure Boot全链路讲解：从eFUSE到Kernel的可信启动实战

本文以 NVIDIA Jetson AGX Orin 为例，系统讲解 Secure Boot 的完整逻辑：从 eFUSE 公钥哈希的写入，到 Bootloader、Kernel 的验证机制，再到运行阶段的安全策略。通过图表、实例与配置代码，帮你彻底搞懂“启动可信”与“运行可信”的区别与落地方法。

在这里插入图片描述

1️⃣ 什么是 Secure Boot？

Secure Boot（安全启动） 是让设备从上电那一刻起，只能运行“被信任的镜像”。它的核心目标是防止：

启动链被篡改（假 Bootloader、假 Kernel）
恶意固件被植入（未经授权系统）
未签名的驱动或模块注入

其核心机制是：公钥/私钥签名验证 + eFUSE 硬件锁定。

2️⃣ Secure Boot 的核心逻辑图

┌────────────┐
│  eFUSE 公钥哈希 │  ← 烧入芯片，不可更改
└───────┬────┘
        │  BootROM 验证 Bootloader 签名
┌───────▼────┐
│ Bootloader │  ← 用公钥验证 Kernel / OP-TEE / DTB
└───────┬────┘
        │  验证通过继续加载
┌───────▼────┐
│  Kernel    │  ← 验证模块签名 (运行阶段)
└────────────┘

一条自上而下的“信任链”，称为 Chain of Trust。

在这里插入图片描述

3️⃣ eFUSE：信任根（Root of Trust）

eFUSE 是芯片内的一次性可编程存储区，用来永久存储安全信息。

项	内容	是否可改	说明
公钥哈希	PKC Hash (SHA256)	❌	芯片启动时使用它验证 Bootloader 签名
Secure Boot 启用位	SecureBootEnable	❌	决定是否强制签名验证
调试禁用	JTAG Disable	❌	禁止低级硬件调试

当你执行：

odmfuse.sh --secureboot --pkc pkc_pubkey.pem

SoC 就会把公钥哈希写入 eFUSE，从此 BootROM 只能信任匹配此哈希的签名。

⚠️ 一旦烧入 eFUSE，不可恢复。务必使用测试样机预演。

4️⃣ Bootloader 阶段的签名与验证

Bootloader 是 Secure Boot 的第一个验证目标。

4.1 构建签名

使用 tegrasign 签名 Bootloader：

tegrasign --key priv.pem --file mb2_bootloader.bin --getmontgomeryvalues montgomery.txt

签名文件将附加到镜像中或写入签名区。

4.2 BootROM 启动验证

BootROM 固化在芯片中，它会：

读取 eFUSE 公钥哈希；
取出镜像中的公钥；
对比哈希一致性；
用公钥验证签名；
成功则加载 Bootloader，否则拒绝启动。

4.3 Bootloader 验证下一级

Bootloader 自身内置验证链，通过配置文件定义签名策略：

<sign_config>
    <file name="boot.img" sign="true" key="priv.pem"/>
    <file name="kernel_dtb.dtb" sign="true" key="priv.pem"/>
    <file name="tos.img" sign="true" key="priv.pem"/>
</sign_config>

这样 Bootloader 会在启动时验证：

Kernel 镜像
设备树（DTB）
OP-TEE 安全固件

✅ 确保“启动链完整性”：别人换 Kernel 也无法启动。

5️⃣ Kernel 阶段：运行安全的关键

如果 Bootloader 验签了 Kernel，那么系统能保证启动时没被篡改。
但 Kernel 启动后，仍可能被攻击者注入恶意模块。

因此 Kernel 还要具备运行时保护：

CONFIG_MODULE_SIG=y
CONFIG_MODULE_SIG_ALL=y
CONFIG_MODULE_SIG_SHA256=y
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="certs/signing_key.pem"
CONFIG_KEXEC_VERIFY_SIG=y
CONFIG_SECURITY_LOCKDOWN_LSM=y
CONFIG_LOCK_DOWN_KERNEL_FORCE_CONFIDENTIALITY=y

功能	作用
模块签名	限制加载未签名驱动
Kexec 验签	防止加载未签名的二级内核
Lockdown	禁止 `/dev/mem`、MSR 等危险接口

Bootloader 管“谁能开门”；Kernel 管“进来后谁能动家里的东西”。

6️⃣ Secure Boot 两个阶段的关系

阶段	验证者	对象	目标	是否需改内核
启动前	BootROM / Bootloader	Bootloader, Kernel, DTB	启动前镜像完整性	❌ 不需要
启动后	Kernel 自身	模块, 内核接口	运行时完整性	✅ 建议开启

如果你只想防止“假系统启动”，可以只做 Secure Boot，不改内核。
如果还想防止“系统被插模块、提权”，就要启用 Kernel 安全配置。

7️⃣ 实战：最小可行配置（仅保证启动可信）

以下配置能让 Jetson 在不改 Kernel 的前提下启用 Secure Boot：

# 1. 生成公钥/私钥
openssl genrsa -out priv.pem 4096
openssl rsa -in priv.pem -pubout -out pub.pem

# 2. 烧入 eFUSE
odmfuse.sh --secureboot --pkc pub.pem

# 3. 签名镜像
tegrasign --key priv.pem --file mb2_bootloader.bin
tegrasign --key priv.pem --file kernel_dtb.dtb
tegrasign --key priv.pem --file boot.img

# 4. 更新 sign_config.xml 并重新打包
tegrabct_v2 --update sign_config.xml

✅ 启动链完全可信。
❌ Kernel 启动后仍可能被插入未签名模块。

8️⃣ 更高安全等级（启动 + 运行可信）

启用 Kernel 模块签名后：

未签名 .ko 驱动无法加载；
OTA 更新也需带签名；
/dev/mem 调试被禁用。

在 Yocto 中可加入以下配置：

# linux-jetson-secureboot.cfg
CONFIG_MODULE_SIG=y
CONFIG_MODULE_SIG_ALL=y
CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="certs/signing_key.pem"
CONFIG_LOCK_DOWN_KERNEL_FORCE_CONFIDENTIALITY=y

9️⃣ Bootloader 与 Kernel 配置关系总结表

层级	是否需要签名	谁验证	保护范围	是否要改内核
Bootloader	✅ 必须签	BootROM	启动链	❌
Kernel 镜像	✅ 必须签	Bootloader	启动完整性	❌
模块 (.ko)	✅ 建议签	Kernel	运行完整性	✅

🔐 10️⃣ 一图看懂 Secure Boot 双层防护逻辑

            启动阶段                   运行阶段
┌────────────────────┐     ┌────────────────────┐
│ BootROM 验 Bootloader │     │ Kernel 验模块签名 │
│ Bootloader 验 Kernel │     │ Lockdown 防调试接口 │
└────────────────────┘     └────────────────────┘
           ↓                              ↓
       启动可信 ✅                 运行可信 ✅

✅ 结论总结

场景	推荐方案	安全等级
只想防止假系统启动	Secure Boot（eFUSE + Bootloader签名）	⭐⭐⭐
同时防止运行时被插模块	Secure Boot + Kernel 模块签名	⭐⭐⭐⭐
高安全/车规/工控场景	Secure Boot + Lockdown + IMA/EVM	⭐⭐⭐⭐⭐

Secure Boot 负责“让系统起得对”；
Kernel 安全负责“让系统跑得稳”。

📘 关键命令备忘

# 签名镜像
tegrasign --key priv.pem --file <target>

# 验证签名（BootROM 自动完成）
odmfuse.sh --verify --pkc pub.pem

# 检查 Lockdown 状态
cat /sys/kernel/security/lockdown

# 模块签名状态
modinfo <module>.ko | grep signer

🧩 参考结构

硬件层：eFUSE 公钥哈希（Root of Trust）
Boot 阶段：Bootloader 验签机制（tegrasign + sign_config）
Kernel 层：模块签名验证 + Lockdown
OTA 阶段：更新包签名 + 健康检查

最终形成的完整链：

eFUSE (公钥哈希)
    ↓
BootROM → Bootloader → Kernel → Module → Application

从芯片出厂到系统运行的每一步，都必须经过签名验证。
这就是 Secure Boot 的真正意义：从硬件到软件的信任闭环。