MCU中的Secure启动
最近安全这个词在MCU中被提及的次数越来越多了，因为各种设备联网需求，人们对于信息安全的需求也越来越高，设备安全的要求也越来越高。另外设备厂商对于自己程序的安全性也越来越重视。
现在MCU中一般都会支持一个Secure boot的功能，这个功能简单来说就是支持MCU可以识别设备中的固件是不是一个可以信任的固件，如果是信任的估计，那么MCU就会启动这个固件，否则MCU会拒绝执行这个固件。
这个过程看起来是比较简单，但是实际上涵盖了多种加密技术和数字签名技术，技术原理比较复杂，但是好在操作流程相对简单一些。
Secure Boot固件升级的几个步骤：
- 产生常规的二进制可执行固件
- 对固件进行签名，签名时使用自己保密的私钥
- 对签名后的固件进行加密
- 利用加密之后的固件对设备进行升级
Secure boot启动的步骤：
- Secure boot一定是在芯片内部固有的一个boot loader开始启动的，这个boot loader一般在ROM中，不可更改。
- Bootloader首先进行一系列芯片硬件以及一些安全配置的初始化。
- BootLoader读取签名后的镜像，并对签名镜像进行校验
- 镜像签名校验通过之后，启动镜像，否则跳转到下载模式
镜像签名
从上面流程中我们可以看出Secure Boot的一个关键就是对镜像的签名，这个签名过程实际上应该是一个信息摘要和非对称加密的过程，下面就对签名过程和签名校验过程做一个简单的描述：
签名
签名的主要意义是证明这个固件是由签名者产生的，是一个可以信任的固件。那么签名过程就需要杜绝第三方对签名进行伪造，这个防止伪造的过程是通过私钥公钥的非对称算法来实现的。简单来说签名过程就是利用私钥进行加密，而校验过程是通过公钥进行解密。私钥由签名者妥善保存，所以私钥的安全性是签名安全的基础，一旦私钥泄露，签名也就没什么意义了。因为这里加解密实际上是一个非对称加解密，这种算法费时费力，所以一般都是对固件进行一个信息摘要提取，然后对比较小的摘要值进行签名。所以签名的基本流程如下：
- 对要签名的数据进行信息摘要提取
- 对提取的信息摘要进行私钥加密得到签名
- 将要签名的数据和签名合并作为签名结果
签名验证
签名验证的主要目的就是验证签名是否由信任的签名者（签名私钥的持有者）产生，签名验证的过程和签名过程基本类似：
- 对签名数据进行信息摘要提取（摘要提取算法和签名时用到的算法保持一致）
- 对签名结果进行解密（解密用到是预先存储的一个公钥），解密得到一个信息摘要值
- 将算法提取的摘要值和解密得到的摘要值进行比较
- 比较一致则签名正常，可以启动，否则拒绝启动。
镜像加密
镜像签名虽然保证了镜像不会被任意篡改，但是因为镜像本身并没有经过加密，依然是明文的形式存在，这种镜像也不能任意传播，毕竟代码在里面，无法保证代码的安全性，为了解决这个问题，我们还需要对镜像进行加密操作，这个操作一般就是对称加密。具体的流程如下：
- 首先我们要将对称加密的秘钥写入MCU（一般是不可更改的fuse），并且这个Key一般是不能读的
- 用秘钥对签名镜像进行加密，此处使用对称加密算法
- 程序升级时，BootLoader调用芯片内部的KEY对镜像进行解密，并将解密结果放到Flash中，也就是说Flash中实际存储的是签名之后的固件。
- 升级完成之后重新启动，MCU就会进入正常Secure Boot，对镜像进行签名校验操作，保证每次启动的时候镜像不被篡改。
以上就是Secure Boot中的一些基本操作和流程。
最后更新于 2019-10-06 22:19:13 并被添加「嵌入式 安全 加密」标签，已有 5818 位童鞋阅读过。
本作品采用知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0 国际许可协议进行许可。