4.3 启动镜像格式与签名机制-优快云博客

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4.3.1 TF-A镜像格式规范

基本镜像结构

TF-A采用分层的镜像格式设计，主要包含以下组成部分：

typedef struct {
    uint32_t header_size;      // 头部信息大小
    uint32_t payload_size;     // 有效载荷大小
    uint64_t load_address;     // 加载地址
    uint64_t entry_point;      // 入口地址
    image_desc_t attributes;   // 镜像属性描述
    cert_chain_t certificates; // 证书链（可选）
} image_header_t;

镜像类型分类

镜像类型	文件后缀	典型用途
BL1镜像	.bin	ROM阶段执行代码
BL2镜像	.bin	可信引导固件
BL31镜像	.bin	EL3运行时固件
BL32镜像	.bin	可信执行环境(TEE)
FIP容器	.fip	多镜像聚合容器
证书包	.pem	签名验证证书

FIP(Firmware Image Package)容器

# FIP打包工具使用示例
tools/fiptool/fiptool create \
    --tb-fw bl2.bin \
    --soc-fw bl31.bin \
    --tos-fw bl32.bin \
    --nt-fw bl33.bin \
    fip.bin

4.3.2 安全签名机制

签名流程架构

密钥管理层次

ROTPK(Root of Trust Public Key)
- 烧录在芯片OTP区域的不可变公钥
- 典型长度：RSA-2048/3072 或 ECC-256/384

平台密钥

# Makefile密钥配置示例
KEY_ALG        := rsa
KEY_SIZE       := 2048
HASH_ALG       := sha256

内容密钥
- 用于签名具体镜像内容
- 通过平台密钥进行证书链验证

4.3.3 证书链验证机制

典型证书链结构

┌────────────────┐
│ 根证书         │
│ (ROTPK签名)    │
└────────┬───────┘
         │
┌────────▼───────┐
│ 平台证书       │
│ (信任链证书)   │
└────────┬───────┘
         │
┌────────▼───────┐
│ 内容证书       │
│ (镜像签名)     │
└────────────────┘

验证过程代码逻辑

// 简化验证流程
int verify_image(uintptr_t image_base) {
    // 1. 检查镜像魔数
    if (*(uint32_t*)image_base != IMAGE_MAGIC)
        return AUTH_FAIL;

    // 2. 提取证书链
    cert_chain_t *chain = get_cert_chain(image_base);
    
    // 3. 逐级验证证书
    for (int i = 0; i < chain->cert_count; i++) {
        if (!verify_cert(chain->certs[i], 
                        (i == 0) ? ROTPK : chain->certs[i-1]))
            return AUTH_FAIL;
    }
    
    // 4. 验证镜像内容签名
    return verify_signature(image_data, 
                          chain->certs[chain->cert_count-1]);
}

4.3.4 抗回滚保护机制

版本计数器实现

// 版本计数器存储结构
typedef struct {
    uint32_t version;
    uint32_t backup_version;
    uint32_t flags;
} version_counter_t;

// 版本验证逻辑
int check_version(uint32_t new_version) {
    version_counter_t *cnt = get_version_counter();
    if (new_version <= cnt->version) {
        // 检测到回滚攻击
        security_log(ROLLBACK_ATTEMPT);
        return AUTH_FAIL;
    }
    return AUTH_SUCCESS;
}

安全计数器类型

计数器类型	存储位置	更新频率
固件版本计数器	eMMC RPMB分区	固件更新时
安全配置计数器	OTP存储器	安全策略变更时
引导次数计数器	安全NVRAM	每次冷启动

4.3.5 平台移植注意事项

硬件加速集成

// 密码加速器驱动接口示例
const crypto_ops_t crypto_ops = {
    .hash     = platform_sha256,
    .verify   = platform_rsa_verify,
    .get_nvctr= platform_get_counter,
    .set_nvctr= platform_set_counter
};

存储设备支持矩阵

存储类型 XIP支持加密支持典型延迟
NOR Flash 是可选 <100us
eMMC 否是 1-10ms
SPI NAND 否部分 100-500us

存储类型	XIP支持	加密支持	典型延迟
NOR Flash	是	可选	<100us
eMMC	否	是	1-10ms
SPI NAND	否	部分	100-500us

调试配置选项

# 调试签名验证的编译选项
DEBUG          := 1
LOG_LEVEL      := 40  # VERBOSE
CRYPTO_LIB     := mbedtls

4.3.6 安全最佳实践

密钥管理原则
- 生产环境必须使用硬件安全模块(HSM)管理私钥
- 开发测试密钥不得用于生产环境
- 定期执行密钥轮换策略

签名策略建议

# 分级签名示例
fiptool sign \
    --key-alg ecdsa \
    --key-size 384 \
    --hash-alg sha384 \
    --rot-key rot_priv.pem \
    --plat-key plat_priv.pem \
    fip.bin