《STM32MPU安全启动》②MP15从BootRom启动FSBL(TF-A BL2)

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小萝卜啦啦啦发布时间：2024-11-30 19:25

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文章简介:	《STM32MPU安全启动》②MP15从BootRom启动FSBL(TF-A BL2)

BootRom启动FSBL(TF-A BL2)是MP15启动的第一次跳转，对应到第一篇文章的这个图

我是按从头到尾的流程来写的，和官方视频会有一些差异

一、第一步：生成秘钥对

首先说一下官方是提供了PC端上位机工具的（名字叫KeyGen_tool，这个工具在STM32CubeProgrammer是自带的），其中加密方式使用ECDSA 256加密算法，椭圆曲线提供P-256 NIST、Brainpool 256 T1这两种，我们可以自行选择

我们需要在PC上生成PB key和PV key，最后我们还要计算PB key的hash值（简称PKH）（使用SHA-256计算hash）

使用ST的工具生成的话，PKH是直接提供二进制的文件，这样我们就不需要自己再做转换了，下一步的烧录可以直接用

具体如何使用KeyGen，我这边就不赘述了，大家看下面这个视频

[media=x,500,375]【【STM32MPU 安全启动线上课程】2.1.2 MP15x SecureBootROM 如何使能】【精准空降到 03:14】 https://www.bilibili.com/video/B ... 43b6b7afd3cc3&t=194[/media]

二、第二步：编程OTP区数据

刚才第一步生成了一个PKH，他是要被写入到芯片的OTP中的，存放到OTP的第24-31字中

具体如何写入的操作这里就不展开了，可以看一下这个视频

[media=x,500,375]【【STM32MPU 安全启动线上课程】2.1.2 MP15x SecureBootROM 如何使能】【精准空降到 07:02】 https://www.bilibili.com/video/B ... 43b6b7afd3cc3&t=422[/media]

这边我就简述一下有几种方法：

方法1：使用STM32CubeProgrammer写入，可以使用命令行或 GUI界面（作为开发人员，在开发阶段我首选就是GUI）

方法2：使用U-Boot，可以使用stm32key command 或 fuse command

方法3：SSP（Secure Secret Provisioning），这是给代工厂生产时使用的，主要目的时实现在不安全的环境中安全的烧录这些敏感的数据到OTP中，他本质也是一些加密算法和加密硬件（ST有一个类似于身份认证的卡片，用于实现验证），对需要写入的数据做加解密，这样工厂就只能看到加密后的密文，解密后的明文都在ST的工具中执行，是一个黑盒，第三方是无法知道的，这样来实现安全烧录。对这个感兴趣的可以看一下这个视频

[media=x,500,375]【【STM32MPU 安全启动线上课程】2.4 OTP安全烧录介绍】 https://www.bilibili.com/video/B ... 8fc87a43b6b7afd3cc3[/media]

三、第三步：对TF-A固件签名

ST也提供了签名用的工具，我们只需要把TF-A的固件、PV Key提供给工具就好，工具会使用PV Key对TF-A固件进行加密计算（加密方式就是我们之前说的ECDSA 256加密算法，2种椭圆曲线自己选择），这样得到的结果就是签名的结果了，可以放到header中。

最终你会得到一个经过签名的TF-A固件（他就=header信息+原来的TF-A固件）

当然header里面还会有其他东西，下图是整各header的内容，可以做一些了解，但我这边不会详细展开

我们重点需要知道的是header里会储存PB Key（表中的ECDSA public key）、签名信息(表中的Image signature)、椭圆曲线(表中的ECDSA algorithm)

还有一个Version number，这个也很重要，是用于防回滚的，我会在下面章节说这个，这里就不说了

四、第四步：close device（非必选）

什么是close device？

要解释这个东西，我们就要了解一下STM32MP15的Product Life Cycle，它覆盖了一个试用MP15的产品从开发、生产、市场问题排查三个阶段，下图为他的状态流程

我们就看C/F系列产品就好，其他系列都不支持安全启动，那也就没有close device这个操作了

UNDER_PROVISIONING状态时SSP时会经历的，我们开发阶段可以忽略

那么对于我们开发来说就只有3种状态了：LOCK、UNLOCK、RMA

接下来我就描述一下这3种状态的具体含义

1.UNLOCK：出厂的默认状态，当产品为这个状态时，安全启动的业务都会执行，但是即使固件校验不通过，也会启动下一级的固件，可以用于早期调试阶段，这样旧不用每次都对固件签名，节省工作量

2：LOCK：UNLOCK的设备可以经过close device变成LOCK状态，在这个状态下会严格执行安全启动业务，校验不通过，就不会执行下一级的固件，并且各种调试接口都会被关闭。这个一般就是在生产阶段做的，生产好后的产品都是LOCK状态

3：RMA：用于处理市场问题时使用，刚才说了LOCK阶段所有调试都会关闭，那么有问题的产品回来后，研发人员如何排查问题呢？RMA状态就是在这个时候用的，我们可以使用密码，让固件进入RMA状态，此时我们就可以使用JTAG调试了

还有一张图展示这三者的关系，虽然名字换成了open与close，但是是同一个意思

设备当前是否为open或close，是根据OTP中的一个flag来决定的，也就是说，我们close device的这个动作的本质就是往OTP中写入一个数据（图里也说了，如果OTP中没有数据的话，并且在没有干扰或错误的情况下完成了初始化OTP，设备就会处于open状态，这就是刚才说的出厂默认为UNLOCKJ）

五、第五步：运行时如何验证

简单流程如下图所示

1.上电后运行ROM Code，也就是BootRom，当要跳转到TF-A时，他会先加载FT-F的分区（这里面有2个东西，一个是TF-A固件代码，还有一个是TF-A的header，这个就是完成签名后的固件）

2.在芯片的OTP区中有PB key的hash值，还有一个version（这个用于防回滚，配合header中Version number实现的，他的具体机制后面会讲）

3.1 验证PB Key是否有效

在header中有一个信息就是PB key，可以算出他的hash值，现在我们就可以用OTP中的hash值和header中的做个对比，看看是否一致，验证PB key是否有效。

3.2 验证image是否有效

如果PB Key有效，就可以开始验证TF-A固件，用PB key对TF-A固件代码进行ECDAS 256计算，和header中的Image signature作对比，验证固件是否被篡改（当然，如果设备为UNLOCK，即使验证失败，固件也会被启动）

3.3 防回滚机制

下面有防回滚机制，这里不展开说

六、防回滚机制

刚才说了在OTP中会有一个version，TF-A的固件中也有一个version，他俩配合实现防回滚

其中OTP的是一个单向计数器，也就是说这玩意儿他只能++，看了一下header中的version，有32bit，也足够大，不管怎么++，也肯定够用了

当OTP中的version比header里的高，那么这个固件就不会被启动，这就是触发了防回滚的机制

如果我想退回到旧版本的固件应该怎么办？可以重新生成一个新的带签名的固件，但是header中的version写大一点，比OTP中的大，这样就可以达到目的啦

七、疑问与思考

这里我有几个疑问
1：既然保存在OTP中的UNLOCK与LOCK判定相关的数据这么重要，那么在LOCK后，我们应该是无法再次改写OTP了（这不是废话吗，这么明显的漏洞ST肯定堵住了），我想知道ST是否还做了其他的保护措施，例如给芯片一些干扰，让他读取到错误数据后，是否会阴差阳错的进入到UNLOCK状态？还有我直接磨芯片是否可以实现篡改OTP数据实现攻击？（有些产品使用单片机，会把关键数据储存到片内flash，有些攻击就是直接磨芯片，飞线直接读写flash）
2.LOCK与RMA之间relock最多就3次？为什么要这样设计？超过3次就永远锁死芯片？万一有一些玄学问题，需要反复LOCK与RMA之间切换该怎么办？
3.如果我header中的version不小心写成了0xFFFFFFFF，是不是这颗芯片就废了？因为OTP中的version无法再++了
4.OTP中的version是在什么时候增加的？是当TF=A固件成功运行后，直接把OTP中的version加到和header中的version一致？
5。我如果生成新的TF-A固件，但是header中的version还是和上一个可以正常运行的固件的版本一样，那设备会怎么样呢？会正常启动吗？还是说有一些什么其他机制来做判断