Jetson Secure Boot 完整解析：PKC、SBK、签名流程与熔丝机制

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Jetson Secure Boot 完整解析：PKC、SBK、签名流程与熔丝机制

安全启动（Secure Boot）是现代嵌入式设备构建可信计算环境的核心基础。在 NVIDIA Jetson 平台上，Secure Boot 通过 BootROM、熔丝（Fuses）、公私钥体系（PKC / RSA）、对称密钥加密（SBK / AES）以及分级启动链验证机制构建了一条完整、不可伪造的“可信启动链（Chain of Trust）”。该机制确保设备从上电开始到操作系统 Kernel 启动的全过程中，每一层执行的代码都是经过授权、未被篡改的，从而极大提升系统安全性，防止固件替换、恶意篡改、供应链攻击、OTA 伪造等一系列真实威胁。

本文将完整讲解 Jetson Secure Boot 的核心概念、关键组件、密钥体系、签名与加密流程、熔丝写入机制以及 flash.sh 的安全刷写方式，并结合官方文档对整体体系结构进行系统总结，帮助读者全面理解 Secure Boot 的原理与实际使用方法。本章节结构如下：

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一、Secure Boot 的基本概念与价值

Secure Boot 是一种基于硬件的可信启动机制。其核心目标是：确保自设备上电开始，到最终系统启动完成，整个启动链执行的所有二进制代码均是可信来源、未被篡改、未经替换的授权镜像。

Jetson Secure Boot 的可信根来自两部分：

1. 硬件 Root of Trust（RoT）：写死在 SoC 中、不可修改的 BootROM。
2. 安全熔丝（Fuses）：存储公钥哈希（PKC）、SBK 密钥和其他配置的不能逆向更改的硬件区域。

Secure Boot 价值体现在以下方面：

• 防止 Bootloader 或 Kernel 被替换为恶意固件。
• 防止 RootFS、DTB 等被篡改。
• 确保 OTA 升级包来源可靠。
• 保护商业知识产权（避免 Bootloader / Kernel 被逆向分析）。
• 确保 OP-TEE 等安全环境真正基于可信根执行。

在 AI 相关设备（如 Jetson）中，Secure Boot 更具有关键意义，因为攻击者不仅可以替换系统核心组件，还可能篡改 AI 模型文件（engine、onnx）、替换推理逻辑、操控 camera 输入，导致 AI 误判或受控。因此 Secure Boot 是所有量产级 Edge AI 产品的必要防线。

二、Jetson Secure Boot 的整体架构

Jetson Secure Boot 依赖一条严格的启动验证链（Chain of Trust），其结构如下：

1. BootROM（硬件可信根）

   • 验证 MB1（第一阶段 Bootloader）的签名。

2. MB1 → MB2

   • MB1 验证 MB2 签名。

3. MB2 → UEFI（Jetson 使用 UEFI 而非 U-Boot）

   • MB2 验证 UEFI 签名。

4. UEFI → Kernel / DTB

   • 验证内核镜像、设备树文件。

5. Kernel → RootFS（可选，如 dm-verity）

   • 验证 RootFS 完整性。

上述流程确保了：每一个阶段只能启动由上一个阶段授权的下一阶段代码。一旦签名验证不通过，系统将进入安全停机模式，拒绝继续启动。

三、PKC 与 SBK：Jetson Secure Boot 的两大核心机制

Jetson Secure Boot 主要涉及两种密钥体系：

1. PKC（Public Key Cryptography）——镜像签名与验证机制

PKC 是 Jetson Secure Boot 的核心，它负责保证启动链中的各个镜像（MB1 / MB2 / UEFI / Kernel / DTB）均来自授权的 OEM。其流程如下：

1. OEM 生成 RSA 公私钥对。
2. BootROM 内部的 PKC 引擎使用熔丝中的公钥哈希验证 MB1 镜像。
3. MB1 再验证 MB2，MB2 验证 UEFI，UEFI 验证 Kernel。

如果任意镜像未经签名、签名无效、被修改，系统将停止启动，确保镜像无法被恶意替换。

PKC 保障的是：

• 镜像完整性（未被篡改）
• 镜像来源真实性（来自 OEM）

2. SBK（Secure Boot Key）——镜像对称加密机制

SBK 是一个 128-bit AES 对称加密密钥，用来对部分敏感启动组件（如 Bootloader 二进制）进行加密，防止被逆向分析。SBK 不负责验证来源，而负责加密防护：

• 防止 Bootloader 被 dump 和逆向。
• 防止攻击者修改密文镜像后重新打包。

在实际 Secure Boot 部署中，PKC 是必须启用的核心功能，SBK 是可选但强烈建议启用的额外防护。

四、Jetson Secure Boot 的前置准备流程

要在 Jetson 上启用 Secure Boot，需要按以下顺序准备工具、密钥与配置：

1. 安装 NVIDIA Secure Boot 软件包
2. 生成 RSA 密钥对（用于 PKC）
3. 准备 SBK（128-bit AES 密钥）
4. 准备 KEK 密钥（用于 UEFI 的签名管理）
5. 生成 Fuse 配置文件（熔丝写入配置）
6. 使用 odmfuse.sh 根据 Fuse 文件烧录熔丝（不可逆）
7. 使用 flash.sh 搭配 -u -v 选项刷写安全镜像

下面将逐项展开说明。

五、步骤一：安装 Secure Boot 软件包

Jetson 的安全启动工具集包含在 NVIDIA 发布的 L4T（Linux for Tegra）工具链中，通常位于：

Linux_for_Tegra/bootloader/ 

该目录包含：

• 镜像签名脚本
• 熔丝配置模板
• SBK、PKC 相关工具
• odmfuse.sh（熔丝写入工具）
• flash.sh（刷写工具）

安装 Secure Boot 包后即可使用所有安全相关的脚本与工具。

六、步骤二：生成 RSA PKC 密钥对

PKC 使用 RSA-2048 或 RSA-3072。生成 RSA 密钥：

openssl genrsa -out rsa_priv.pem 2048
openssl rsa -in rsa_priv.pem -pubout -out rsa_pub.pem

随后需通过 NVIDIA 工具生成公钥哈希，并写入 Fuse 配置文件。BootROM 在启动时会将 MB1 的签名与熔丝中的公钥哈希比对。

七、步骤三：准备 SBK 密钥

SBK 是 128-bit AES 对称密钥，格式如下：

0123456789ABCDEFFEDCBA9876543210

SBK 用于对 Bootloader 镜像进行加密。SBK 同样会加入 Fuse 配置文件，在 odmfuse.sh 烧录时写入安全熔丝区。

八、步骤四：准备 KEK 密钥

KEK（Key Encryption Key）用于 UEFI Secure Boot 管理证书链。当 UEFI 验证 Kernel 和引导配置时，需要 KEK 来管理签名证书。其作用包括：

• 管理 db、dbx（允许与禁止的签名列表）
• 控制 UEFI 层的签名验证行为

KEK 也是 Secure Boot 的链路之一。

九、步骤五：准备 Fuse 配置文件

NVIDIA 提供模板文件：

Linux_for_Tegra/bootloader/fuseblob.xml

该文件描述：

• PKC 公钥哈希
• SBK 密钥
• KEK 密钥
• Secure Boot 开关位

修改完成后将作为 odmfuse.sh 的输入文件。

十、步骤六：使用 odmfuse.sh 烧录熔丝

熔丝（Fuses）是一次性可编程区域，一旦烧录将无法恢复。在 Jetson 上运行：

sudo ./odmfuse.sh -i fuseblob.xml

该操作会：

1. 将 PKC 公钥哈希写入熔丝
2. 将 SBK 写入熔丝
3. 设置 Secure Boot 使能位

此步骤是整个 Secure Boot 过程中唯一不可逆的步骤。一旦烧录错误，设备可能永远无法恢复，因此必须在量产流程中严格校验。

十一、步骤七：使用 flash.sh 刷写签名镜像

最后一步是使用 flash.sh 刷写已经签名并加密的启动镜像：

sudo ./flash.sh -u rsa_priv.pem -v sbk.key jetson-agx-orin-devkit mmcblk0p1

其中：

• -u 指定用于签名的私钥（用于 PKC）
• -v 指定 SBK（用于镜像解密）

flash.sh 会：

1. 将 MB1、MB2、UEFI、Kernel 等镜像进行签名
2. 使用 SBK 进行加密（可选）
3. 将准备好的镜像刷入 eMMC/SSD

此时设备已正式启用 Secure Boot。

十二、Secure Boot 启动时的完整验证流程

当设备上电后，启动链按以下方式工作：

1. BootROM 读取熔丝 → PKC 公钥哈希
2. BootROM 验证 MB1（签名 + 完整性）
3. MB1 解密 & 验证 MB2
4. MB2 验证 UEFI
5. UEFI 验证 Kernel、DTB
6. Kernel（可选）验证 Root

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