ATF加载自定义镜像

Liangtao`2024-08-03 10:00

实际上包含了两个问题：

  1. 如何把自定义的二进制文件打包到fip.bin中？
  2. 如何在secure boot流程中load和认证自定义的二进制文件？

如何打包

证书创建工具和FIP打包工具是通过命令行传参的方式进行证书创建和打包的，如下：

​​

由于我们需要打包自定义得image到fip，但是证书创建工具和FIP打包工具预定义的选项中并没有该选项，所以需要修改cert_create 和fip_tool工具。

准备自定义的image

我直接在ATF的platform.mk中生成了一个测试用的dtb作为image:

shell 复制代码 
FDT_SOURCES += ${PLAT_QEMU_PATH}/test.dts
HW_CONFIG := ${BUILD_PLAT}/fdts/test.dtb

修改cert_create

  1. 在include/tools_share/tbbr_oid.h​文件中添加自定义的证书拓展域OID，定义如下（需保证与其他OID不同）：

    c 复制代码 
    #define USER_IMAGE_HASH_OID                     "1.3.6.1.4.1.4128.2100.1401"

  2. 在tools/cert_create/include/tbbr/tbb_ext.h​添加一行自定义image的证书拓展域枚举类型：

    c 复制代码 
    /* TBBR extensions */
enum {
	TRUSTED_FW_NVCOUNTER_EXT,
	NON_TRUSTED_FW_NVCOUNTER_EXT,
	TRUSTED_BOOT_FW_HASH_EXT,
	TRUSTED_BOOT_FW_CONFIG_HASH_EXT,
.................

	SCP_FWU_CFG_HASH_EXT,
	AP_FWU_CFG_HASH_EXT,
	FWU_HASH_EXT,
	USER_IMAGE_EXT, /* user-defined image ext */
};

  3. 我们想要使用TRUSTED_BOOT_FW_CERT​去认证这个image，所以在tools/cert_create/src/tbbr/tbb_cert.c​文件中TRUSTED_BOOT_FW_CERT​的拓展域添加USER_IMAGE_EXT​枚举类型。

    c 复制代码 
    /*
 * Certificates used in the chain of trust
 *
 * The order of the certificates must follow the enumeration specified in
 * tbb_cert.h. All certificates are self-signed, so the issuer certificate
 * field points to itself.
 */
static cert_t tbb_certs[] = {
	[TRUSTED_BOOT_FW_CERT] = {
		.id = TRUSTED_BOOT_FW_CERT,
		.opt = "tb-fw-cert",
		.help_msg = "Trusted Boot FW Certificate (output file)",
		.fn = NULL,
		.cn = "Trusted Boot FW Certificate",
		.key = ROT_KEY,
		.issuer = TRUSTED_BOOT_FW_CERT,
		.ext = {
			TRUSTED_FW_NVCOUNTER_EXT,
			TRUSTED_BOOT_FW_HASH_EXT,
			TRUSTED_BOOT_FW_CONFIG_HASH_EXT,
			HW_CONFIG_HASH_EXT,
			FW_CONFIG_HASH_EXT,
			USER_IMAGE_EXT, /* user-defined image ext */
		},
		.num_ext = 6 /*modify the size from five to six */
	},

  4. 接着，在tools/cert_create/src/tbbr/tbb_ext.c​中添加该拓展域的内容：

    c 复制代码 
    static ext_t tbb_ext[] = {
	[TRUSTED_FW_NVCOUNTER_EXT] = {
		.oid = TRUSTED_FW_NVCOUNTER_OID,
		.opt = "tfw-nvctr",
		.help_msg = "Trusted Firmware Non-Volatile counter value",
		.sn = "TrustedWorldNVCounter",
		.ln = "Trusted World Non-Volatile counter",
		.asn1_type = V_ASN1_INTEGER,
		.type = EXT_TYPE_NVCOUNTER,
		.attr.nvctr_type = NVCTR_TYPE_TFW
	},
....................

/* new added */
	[USER_IMAGE_EXT] = {
		.oid = USER_IMAGE_HASH_OID, /* 自定义的OID */
		.opt = "user-img", /*这个会生成cert_create的选项 --user-img */
		.help_msg = "User-defined Image file",
		.sn = "UserImgHash",
		.ln = "User-defined image HASH (SHA256)",
		.asn1_type = V_ASN1_OCTET_STRING,
		.type = EXT_TYPE_HASH, /* 使用hash校验该image */
		.optional = 1
	}
};

REGISTER_EXTENSIONS(tbb_ext);

自此，cert_create可以使用--user-img命令为自定义的image生成hash并将hash值存储在TRUSTED_BOOT_FW_CERT​证书中。

修改fip_tool

image准备好了，证书生成了，该打包进fip了。

  1. 首先在include/tools_share/firmware_image_package.h​添加一个标识该image的唯一的UUID号，该UUID将会在加载认证阶段用于识别该image:

    c 复制代码 
    #define UUID_USER_DEFINED_IMG \
	{{0x23, 0x6e, 0xd3, 0x30}, {0x4e, 0xdf}, {0x11, 0xef}, 0x8d, 0xd7, {0x00, 0x15, 0x5d, 0xba, 0x59, 0x68} }

  2. 在tools/fiptool/tbbr_config.c​文件中为fip_tool添加一个命令行选项--user-img​。

    c 复制代码 
    toc_entry_t toc_entries[] = {
	{
		.name = "Platform Key Certificate",
		.uuid = UUID_PLAT_KEY_CERT,
		.cmdline_name = "plat-key-cert"
	},
	.................................
    //添加命令
	{
		.name = "User-defined Image",
		.uuid = UUID_USER_DEFINED_IMG,
		.cmdline_name = "user-img"
	},
	{
		.name = NULL,
		.uuid = { {0} },
		.cmdline_name = NULL,
	}
};

    这里的命令行选项需要和cert_create的保持一致。

  3. 做完以上操作，在使用fip_tool工具时在--user-img后面跟上自定义的image的路径就可以将image打包到fip_tool。

打包image

最后我们在platform.mk中使用一个宏TOOL_ADD_PAYLOAD即可完成：

  1. 将image的hash记录在TRUSTED_BOOT_FW_CERT证书中，用于后续的验签
  2. 将image打包到fip.bin。

​​

如何加载

可以拆解为以下问题：

  1. 从哪里加载？（需要修改IO storage）
  2. 加载到哪里？（定义加载的位置并进行MMU映射）
  3. 如何加载？怎么验签？（修改信任链）

从哪里加载

  1. 首先我们在include/export/common/tbbr/tbbr_img_def_exp.h​定义一个ID唯一标识该image：

    c 复制代码 
    #define PLAT_USER_IMG_ID		U(38)

/* Max Images */
#define MAX_IMAGE_IDS			U(39)

  2. 在平台路径plat/qemu/common/qemu_io_storage.c​中定义自定义image的描述符：

    c 复制代码 
    static const io_uuid_spec_t user_image_uuid_spec = {
	.uuid = UUID_USER_DEFINED_IMG,
};

  3. 在平台路径plat/qemu/common/qemu_io_storage.c​中的plat_io_policy数组中添加以下内容，表示该image从fip文件中根据UUID进行解析提取。

    c 复制代码 
    static const struct plat_io_policy policies[] = {
	[FIP_IMAGE_ID] = {
		&memmap_dev_handle,
		(uintptr_t)&fip_block_spec,
		open_memmap
	},
.....................
	[PLAT_USER_IMG_ID] = {
		&fip_dev_handle,
		(uintptr_t)&user_image_uuid_spec,
		open_fip
	},
};

加载到哪里

  1. 首先需要在plat/qemu/qemu/include/platform_def.h​中定义自定义镜像加载的基地址和边界，我这里定义的是在RAM的其实地址，最大为一个PAGE_SIZE（4KB），毕竟设备树很小。

    c 复制代码 
    #define USER_IMG_BASE			BL_RAM_BASE
#define USER_IMG_LIMIT			(USER_IMG_BASE + PAGE_SIZE)

  2. 我们计划是在BL2阶段load镜像，所以需要在BL2起来之后进行memory map，不然未经过MMU平坦映射的地址是无法访问的。在plat/qemu/common/qemu_bl2_setup.c​中添加以下映射，内存属性为普通memory、可读写、secure。

    c 复制代码 
    #define MAP_BL2_TOTAL		MAP_REGION_FLAT(			\
					bl2_tzram_layout.total_base,	\
					bl2_tzram_layout.total_size,	\
					MT_MEMORY | MT_RW | MT_SECURE), \
				/* new added */ \
				MAP_REGION_FLAT(			\
					USER_IMG_BASE,			\
					USER_IMG_LIMIT			\
						- USER_IMG_BASE,	\
					MT_MEMORY | MT_RW | MT_SECURE)

如何加载？怎么验签？

  1. 然后需要告诉BL2阶段需要加载这个自定义的image，在plat/qemu/common/qemu_bl2_mem_params_desc.c​的bl2_mem_params_descs​数组中添加如下内容。如此，BL2在load_image时就会解析该数组，根据镜像UUID在fip中查找到该镜像，并将镜像load到指定的镜像基地址进行验证。

    c 复制代码 
    static bl_mem_params_node_t bl2_mem_params_descs[] = {
	/* Fill BL32 related information */
	{ .image_id = BL32_IMAGE_ID,
	  SET_STATIC_PARAM_HEAD(ep_info, PARAM_EP, VERSION_2,
				entry_point_info_t, BL32_EP_ATTRIBS),
	  .ep_info.pc = BL32_BASE,
	  SET_STATIC_PARAM_HEAD(image_info, PARAM_EP, VERSION_2,
				image_info_t, BL32_IMG_ATTRIBS),
	  .image_info.image_base = BL32_BASE,
	  .image_info.image_max_size = BL32_LIMIT - BL32_BASE,

	  .next_handoff_image_id = BL33_IMAGE_ID,
	},
...................................
	/* new added */
	{ .image_id = PLAT_USER_IMG_ID, /* 镜像ID */
	   SET_STATIC_PARAM_HEAD(ep_info, PARAM_IMAGE_BINARY, VERSION_2,
				 entry_point_info_t, SECURE | NON_EXECUTABLE),
	   SET_STATIC_PARAM_HEAD(image_info, PARAM_IMAGE_BINARY, VERSION_2,
				 image_info_t, 0),
	   .image_info.image_base = USER_IMG_BASE, /* 加载的基地址 */
	   .image_info.image_max_size = USER_IMG_LIMIT - USER_IMG_BASE, /*镜像最大size*/
	   .next_handoff_image_id = INVALID_IMAGE_ID,
	},
};

  2. 然后还需要修改COT（chain of trust），否则BL2不知道如何验证该镜像的完整性。在drivers/auth/tbbr/tbbr_cot_common.c​中添加如下内容，表明TRUSTED_BOOT_FW_CERT_ID​证书的拓展域存储了自定义image的hash值。

    c 复制代码 
    line 32: static unsigned char user_img_hash_buf[HASH_DER_LEN];
line 56: auth_param_type_desc_t user_img_hash = AUTH_PARAM_TYPE_DESC(
	AUTH_PARAM_HASH, USER_IMAGE_HASH_OID);

* trusted_boot_fw_cert */
line 63: const auth_img_desc_t trusted_boot_fw_cert = {
	.img_id = TRUSTED_BOOT_FW_CERT_ID,
	.img_type = IMG_CERT,
	.parent = NULL,
	.img_auth_methods = (const auth_method_desc_t[AUTH_METHOD_NUM]) {
	 .................
	},
	.authenticated_data = (const auth_param_desc_t[COT_MAX_VERIFIED_PARAMS]) {
		[0] = {
			.type_desc = &tb_fw_hash,
			.data = {
				.ptr = (void *)tb_fw_hash_buf,
				.len = (unsigned int)HASH_DER_LEN
			}
		},
		................................
		/* new added */
		[4] = {
			.type_desc = &user_img_hash, /* hash 校验 */
			.data = {
				.ptr = (void *)user_img_hash_buf, /* 证书拓展域的hash buffer */
				.len = (unsigned int)HASH_DER_LEN
			}
		},
	}
};

  3. 还需要在drivers/auth/tbbr/tbbr_cot_common.c​文件中增加一个需要认证的节点的描述结构：

    c 复制代码 
    const auth_img_desc_t user_img = {
	.img_id = PLAT_USER_IMG_ID,
	.img_type = IMG_RAW,
	.parent = &trusted_boot_fw_cert, /* 指定它需要由trusted_boot_fw_cert认证*/
	.img_auth_methods = (const auth_method_desc_t[AUTH_METHOD_NUM]) {
		[0] = {
			.type = AUTH_METHOD_HASH, /* 认证方法为hash */
			.param.hash = {
				.data = &raw_data,
				.hash = &user_img_hash
			}
		}
	}
};

  4. 最后将该结构加入到COT当中。在文件drivers/auth/tbbr/tbbr_cot_bl2.c​增加。这样，在验证该image时，BL2就可以根据COT找到认证该image所需的父节点和方法。

    c 复制代码 
    static const auth_img_desc_t * const cot_desc[] = {
	[TRUSTED_BOOT_FW_CERT_ID]		=	&trusted_boot_fw_cert,
	[HW_CONFIG_ID]				=	&hw_config,
	[TRUSTED_KEY_CERT_ID]			=	&trusted_key_cert,
	[SCP_FW_KEY_CERT_ID]			=	&scp_fw_key_cert,
	[SCP_FW_CONTENT_CERT_ID]		=	&scp_fw_content_cert,

	.................................
	[PLAT_USER_IMG_ID]			=	&user_img, //new added
};

Demo

从启动过程中log可以看出：BL2在加载ID为38的镜像（即我们添加的自定义镜像PLAT_USER_IMG_ID​）时，去加载了ID=6的TRUSTED_BOOT_FW_CERT​证书对齐进行认证，认证成功后才开始去解析该image。

​​

文档提供完整patch资源，在ATF2.9.0的qemu平台的代码上实现了将一个自定义的dtb打包到fip中，并且在BL2阶段对该dtb进行加载和验证。

‍

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