UEFI镜像结构布局

UEFI 启动顺序

UEFI 镜像（通常称为固件镜像）是 UEFI 固件的核心载体，其结构遵循 UEFI 规范 和 PI（Platform Initialization）规范。其布局由多个逻辑模块组成，按功能分阶段加载和执行。以下是典型 UEFI 镜像的结构及其关键组件：

1. 基础结构单元：固件卷（Firmware Volume, FV）

UEFI 镜像由多个 固件卷（FV） 构成，每个固件卷是一个独立的存储区域，包含代码、数据或配置信息。固件卷的结构如下：

组成部分	描述
FV Header	固件卷的元数据，包含 GUID、大小、属性和校验信息。
文件系统（FFS）	基于 FFS（Firmware File System）的文件存储结构，用于组织 UEFI 模块和文件。
文件条目（File）	FFS 中的独立文件，可以是代码模块（PE32/PE32+）、数据文件或用户自定义内容。
填充区域（Pad）	对齐填充数据，确保文件按固定块对齐（如 8KB 对齐）。

2. 核心固件卷类型

典型的 UEFI 镜像包含以下关键固件卷：

(1) SEC（Security Phase）固件卷

作用：系统启动的第一个阶段，负责初始化 CPU 和内存，验证后续固件的完整性。
内容：
- 复位向量代码（Reset Vector）。
- 硬件初始化代码（如缓存、栈设置）。
- 可信验证逻辑（如 TPM 度量、签名验证）。

(2) PEI（Pre-EFI Initialization）固件卷

作用：初始化关键硬件（如内存控制器），为 DXE 阶段准备环境。
内容：
- PEI 模块（PEIM）：如内存初始化模块（MemoryInit）、硬件配置模块。
- 临时内存分配器（PEI Temporary RAM）。
- 硬件抽象接口（HOB List）。

(3) DXE（Driver Execution Environment）固件卷

作用：加载 UEFI 驱动和服务，构建系统运行时环境。
内容：
- DXE 核心（DXE Core）：调度器、服务表（如 gBS、gRT）。
- UEFI 驱动（如 PCI 驱动、USB 驱动）。
- 协议（Protocol）和句柄（Handle）定义。

(4) BDS（Boot Device Selection）固件卷

作用：选择启动设备并加载操作系统引导程序（如 GRUB、Windows Boot Manager）。
内容：
- 启动策略配置（BootOrder、Boot#### 变量）。
- 文件系统驱动（FAT32、NTFS）。
- UEFI 应用程序（如 Shell.efi）。

(5) SMM（System Management Mode）固件卷

作用：实现系统管理模式代码，处理高权限安全事件（如硬件错误、安全漏洞）。
内容：
- SMI 处理程序（SMI Handler）。
- SMM 驱动和协议（如 EFI_SMM_ACCESS2_PROTOCOL）。
- 安全隔离代码（如 SMRAM 配置）。

3. 文件系统与模块类型

每个固件卷内的文件通过 FFS 组织，常见的文件类型包括：

文件类型	描述
PE32/PE32+	UEFI 可执行模块（驱动或应用程序），遵循 PE/COFF 格式。
RAW	原始数据文件（如配置表、ACPI 表）。
FREEFORM	自定义格式数据（如 Logo 图片、字体文件）。
VOLUME_IMAGE	嵌套的固件卷（用于模块化设计）。

4. 典型布局示例

以下是一个简化版 UEFI 镜像的十六进制视图（通过 hexdump 或 UEFITool 解析）：

plaintext 复制代码

+-----------------------+
| FV Header (GUID: xxxx)|
+-----------------------+
| FFS File 1 (SEC Core) | → PE32 模块
+-----------------------+
| FFS File 2 (PEI Core) | → PEIM 模块
+-----------------------+
| FFS File 3 (DXE Core) | → DXE 驱动
+-----------------------+
| FFS File 4 (BDS App)  | → Boot Manager
+-----------------------+
| Pad (对齐填充)        |
+-----------------------+

5. 关键工具与操作

查看镜像结构：

bash 复制代码

# 使用 UEFITool（图形化工具）
uefitool firmware.bin

# 使用 dd 和 hexdump（命令行）
dd if=firmware.bin bs=1k count=512 | hexdump -C

提取固件卷：

bash 复制代码

# 从镜像中提取第一个 FV
dd if=firmware.bin of=fv_main.bin bs=1 skip=$((0x1000)) count=$((0x100000))

解析 FFS 文件：

bash 复制代码

# 使用 UEFI-Firmware-Parser
uefi-firmware-parser -b -e fv_main.bin

6. 安全验证机制

UEFI 镜像的安全性依赖于以下设计：

签名验证：通过 Secure Boot 验证模块的数字签名（如 PK、KEK、DB 变量）。
完整性保护：固件卷头部包含 CRC32 校验和，防止数据篡改。
SMM 隔离：关键代码在 SMRAM 中运行，阻止非特权访问。

7. 厂商实现差异

不同厂商的 UEFI 镜像可能包含定制化组件：

Intel：EDK II 代码库为基础，包含 FSP（Firmware Support Package）。
AMI：Aptio 固件，扩展了 OEM 配置模块。
Phoenix：SecureCore 架构，集成专用恢复工具。

执行流程总结

模块化设计：UEFI 镜像通过固件卷和 FFS 文件系统实现模块化。
分阶段加载：SEC → PEI → DXE → BDS 的层次化执行流程。
安全优先：从硬件初始化到操作系统加载全程支持安全验证。

如需进一步分析具体镜像，建议使用 UEFITool 或 Binwalk 进行逆向分析。

UEFI镜像结构

UEFI（统一可扩展固件接口）镜像的结构布局是根据 UEFI 规范设计的，用于确保固件在启动过程中能够正确加载和执行。UEFI 镜像通常包含多个组件，每个组件都有其特定的功能和布局。以下是一个典型的 UEFI 镜像结构布局的概述：

1. 引导扇区（Boot Sector）

位置：通常位于存储介质的起始位置（如硬盘的第 0 扇区）。
功能：包含引导代码，负责加载和启动 UEFI 固件。
大小：通常为 512 字节。

2. 保护分区（Protected Area）

位置：紧随引导扇区之后。
功能：用于存储固件的引导信息和配置数据。
内容：
- 引导程序（Bootloader）：负责加载 UEFI 固件到内存。
- 配置数据（Config Data）：存储固件的配置参数。

3. UEFI 固件映像（UEFI Firmware Image）

位置：通常位于保护分区之后。
功能：包含 UEFI 固件的主体部分。
结构：
- 头部（Header） ：
  - 签名（Signature）：用于标识固件的合法性。
  - 版本（Version）：固件的版本信息。
  - 大小（Size）：固件的总大小。
  - 入口点（Entry Point）：固件的入口地址。
- 节表（Section Table） ：
  - 节头（Section Header）：描述每个节的类型、偏移和大小。
  - 节数据（Section Data）：实际的代码、数据或资源。
- PE/COFF 格式（Portable Executable / Common Object File Format） ：
  - 可选头部（Optional Header）：包含固件的加载和执行信息。
  - 数据目录（Data Directory）：指向固件中的各种资源和表。

4. 驱动程序和应用程序（Drivers and Applications）

位置：通常位于 UEFI 固件映像之后。
功能：包含各种驱动程序和应用程序，用于扩展固件的功能。
结构：
- 驱动程序（Drivers）：负责硬件设备的初始化和管理。
- 应用程序（Applications）：如启动管理器、诊断工具等。

5. 配置数据库（Configuration Database）

位置：通常位于驱动程序和应用程序之后。
功能：存储固件的配置信息，如启动选项、硬件配置等。
结构：
- 变量存储（Variable Storage）：存储用户设置的变量。
- 默认配置（Default Configuration）：预设的配置信息。

6. 签名和验证数据（Signature and Verification Data）

位置：通常位于配置数据库之后。
功能：用于验证固件的完整性和合法性。
内容：
- 签名（Signature）：固件的数字签名。
- 证书（Certificate）：用于验证签名的证书。

7. 备用区域（Backup Area）

位置：通常位于签名和验证数据之后。
功能：用于存储固件的备份副本，以防主副本损坏。
内容：
- 备份固件映像（Backup Firmware Image）：固件的完整副本。
- 备份配置数据库（Backup Configuration Database）：配置信息的备份。

8. 空闲区域（Free Space）

位置：通常位于备用区域之后。
功能：未使用的空间，可用于未来的扩展或更新。

典型的 UEFI 镜像布局示意图

复制代码

+-------------------+
| 引导扇区          |
+-------------------+
| 保护分区          |
+-------------------+
| UEFI 固件映像     |
|   - 头部          |
|   - 节表          |
|   - PE/COFF 格式  |
+-------------------+
| 驱动程序和应用程序|
+-------------------+
| 配置数据库        |
+-------------------+
| 签名和验证数据    |
+-------------------+
| 备用区域          |
+-------------------+
| 空闲区域          |
+-------------------+

关键点总结

引导扇区：负责启动加载过程。
UEFI 固件映像：包含固件的主体代码和数据。
配置数据库：存储固件的配置信息。
签名和验证数据：确保固件的完整性和合法性。
备用区域：提供固件的备份副本，以防主副本损坏。

详细描述

结构图描述了一个典型的 UEFI 镜像在物理存储设备（如 SPI 闪存或硬盘）中的分层布局。以下是各部分的详细说明及其在 UEFI 启动流程中的作用：

1. 引导扇区（Boot Sector）

作用：兼容传统 BIOS 启动模式，或作为 UEFI 启动的补充入口（例如从 MBR 磁盘启动）。
内容：
- 主引导记录（MBR）：包含磁盘分区表和启动代码（兼容 BIOS）。
- 保护引导代码（可选）：用于验证后续分区的合法性。

示例：

plaintext 复制代码

偏移 0x0000: MBR（启动代码 + 分区表）
偏移 0x01BE: 分区表（4 个条目）
偏移 0x01FE: 结束标志（0x55AA）

2. 保护分区（Protected Partition）

作用：存储固件恢复或安全启动所需的受保护数据（如备份固件、硬件密钥）。
特点：
- 通常标记为隐藏分区，避免操作系统误操作。
- 可能包含以下内容：
  - 备份的 UEFI 固件镜像（用于故障恢复）。
  - 硬件加密密钥（如 Intel PTT 或 TPM 相关数据）。
  - 安全启动数据库（DB/DBX）的备份。

3. UEFI 固件映像（UEFI Firmware Image）

这是 UEFI 固件的核心部分，通常以 固件卷（Firmware Volume, FV） 形式组织，包含以下子结构：

作用：描述固件卷的元数据。
关键字段 ：
- GUID ：唯一标识符（如 8C8CE578-8A3D-4F1C-9935-896185C32DD3）。
- 大小：固件卷的总字节数。
- 属性：读写权限、对齐要求（如 8KB 对齐）。
- 校验和：CRC32 或更复杂的哈希值（如 SHA256）。

(2) 节表（Section Table）

作用：定义固件卷内各文件（FFS 文件）的布局和类型。
常见节类型 ：
- PEI 核心节：包含 Pre-EFI 初始化代码。
- DXE 核心节：驱动执行环境的核心模块。
- 用户界面节：启动时显示的图形资源（如 Logo、字体）。

(3) PE/COFF 格式

作用：UEFI 可执行文件的标准格式（驱动、应用程序均为此格式）。
结构：
- DOS 头 （兼容性保留，内容固定为 MZ）。
- PE 头 ：机器类型（如 EFI_IMAGE_MACHINE_X64）、入口点地址。
- 节表：定义代码（.text）、数据（.data）和资源（.rsrc）段的偏移与属性。

示例：

plaintext 复制代码

+---------------------+
| DOS Header ("MZ")   |
+---------------------+
| PE Header           | → 包含入口点 _ModuleEntryPoint
+---------------------+
| .text Section       | → 可执行代码
+---------------------+
| .data Section       | → 全局变量
+---------------------+
| .reloc Section      | → 重定位信息
+---------------------+

4. 驱动程序和应用程序（Drivers & Applications）

作用：扩展 UEFI 功能或提供用户交互界面。
典型内容 ：
- 硬件驱动：PCIe 控制器驱动、USB 主机控制器驱动。
- 协议实现 ：EFI_BLOCK_IO_PROTOCOL、EFI_GRAPHICS_OUTPUT_PROTOCOL。
- 应用程序：UEFI Shell、启动管理器（Boot Manager）、诊断工具。
存储形式 ：以 FFS 文件形式嵌入固件卷，文件类型为 PE32 或 PE32+。

5. 配置数据库（Configuration Database）

作用：存储 UEFI 变量和平台配置信息。
内容：
- NVRAM 变量 ：
  - BootOrder：定义启动设备优先级。
  - Boot####：单个启动项配置（如 Boot0001: "Windows Boot Manager"）。
  - SecureBoot：启用/禁用安全启动。
- ACPI 表：如 DSDT、FADT，描述硬件资源。
- SMBIOS 数据：硬件资产信息（如序列号、主板型号）。

6. 签名和验证数据（Signatures & Verification Data）

作用：支持 Secure Boot 和固件完整性验证。
内容：
- 证书数据库 ：
  - PK（Platform Key）：平台所有者密钥。
  - KEK（Key Exchange Key）：用于更新其他密钥。
  - DB/DBX：允许/禁止的签名证书或哈希列表。
- 模块签名：每个 UEFI 驱动或应用程序的加密签名（如 RSA-2048 + SHA256）。

验证流程 ：

plaintext 复制代码

1. 固件启动时检查 PE/COFF 文件的签名。
2. 使用 DB 中的证书验证签名有效性。
3. 若验证失败（或 DBX 包含该哈希），则拒绝加载。

7. 备用区域（Fallback Region）

作用：当主固件损坏时提供恢复能力。
实现方式 ：
- 存储一个最小化的 UEFI 核心（仅包含基本驱动和恢复 Shell）。
- 通过硬件触发（如主板跳线或特定按键组合）切换到备用区域启动。

8. 空闲区域（Free Space）

作用：保留未使用的存储空间，用于未来固件更新或 OEM 定制。
典型用途 ：
- 固件升级时写入新模块。
- 厂商添加特定功能（如硬件诊断工具）。
- 扩展 ACPI 表或 SMBIOS 数据。

总结：UEFI 镜像的层次化设计

硬件兼容层（引导扇区 + 保护分区）→ 支持传统 BIOS 和恢复机制。
核心功能层（UEFI 固件映像）→ 实现启动流程（SEC → PEI → DXE → BDS）。
扩展层（驱动/应用程序 + 配置数据库）→ 提供硬件支持和用户配置。
安全层（签名验证 + 备用区域）→ 确保固件完整性和可恢复性。

工具与调试建议

查看分区结构 ：

bash 复制代码

# 使用 gdisk 查看 GPT 分区
gdisk -l /dev/sda

提取 UEFI 变量 ：

bash 复制代码

# 在 Linux 中通过 efivarfs 访问
ls /sys/firmware/efi/efivars

逆向分析固件 ：
- UEFITool：解析固件卷和 FFS 文件。
- Hex Workshop：手动分析二进制结构。
- QEMU + UEFI 调试：动态跟踪启动流程。

UEFI镜像结构布局

UEFI 启动顺序

1. 基础结构单元：固件卷（Firmware Volume, FV）

2. 核心固件卷类型

(1) SEC（Security Phase）固件卷

(2) PEI（Pre-EFI Initialization）固件卷

(3) DXE（Driver Execution Environment）固件卷

(4) BDS（Boot Device Selection）固件卷

(5) SMM（System Management Mode）固件卷

3. 文件系统与模块类型

4. 典型布局示例

5. 关键工具与操作

6. 安全验证机制

7. 厂商实现差异

执行流程总结

UEFI镜像结构

1. 引导扇区（Boot Sector）

2. 保护分区（Protected Area）

3. UEFI 固件映像（UEFI Firmware Image）

4. 驱动程序和应用程序（Drivers and Applications）

5. 配置数据库（Configuration Database）

6. 签名和验证数据（Signature and Verification Data）

7. 备用区域（Backup Area）

8. 空闲区域（Free Space）

典型的 UEFI 镜像布局示意图

关键点总结

详细描述

1. 引导扇区（Boot Sector）

2. 保护分区（Protected Partition）

3. UEFI 固件映像（UEFI Firmware Image）

(1) 头部（Header）

(2) 节表（Section Table）

(3) PE/COFF 格式

4. 驱动程序和应用程序（Drivers & Applications）

5. 配置数据库（Configuration Database）

6. 签名和验证数据（Signatures & Verification Data）

7. 备用区域（Fallback Region）

8. 空闲区域（Free Space）

总结：UEFI 镜像的层次化设计

工具与调试建议