這是關(guān)于安全啟動(dòng)的三部分系列中的第三部分。如果您還沒有查看前兩篇文章，它們是：（第 1 部分 - 安全啟動(dòng)介紹）和（第 2 部分 - MCU 設(shè)備的安全啟動(dòng)）。在我們的上一篇文章中，我的同事 Yamanaka-san 先生描述了我們的 RH850 MCU 設(shè)備上的安全啟動(dòng)。在本博客中，我將介紹基于 Arm 的 Renesas R-Car Gen 3 SoC 設(shè)備的安全啟動(dòng)。

R-Car 上的安全啟動(dòng)

片上系統(tǒng) （SoC） 設(shè)備具有比典型微控制器設(shè)備更復(fù)雜的啟動(dòng)序列。安全啟動(dòng)可確保整個(gè)啟動(dòng)鏈的完整性和真實(shí)性。該軟件可以選擇以靜態(tài)加密方式存儲(chǔ)以保護(hù)機(jī)密性。

建立信任鏈

為了在 R-Car 上提供安全啟動(dòng)，瑞薩電子構(gòu)建了一條植根于硬件的信任鏈。掩碼 ROM 和 H BK（引導(dǎo)密鑰散列）充當(dāng)不可變的信任錨。這些不能在生產(chǎn)中更改。在整個(gè)引導(dǎo)鏈中，信任鏈的每一部分都由較早的（授權(quán)的）部分進(jìn)行驗(yàn)證。元素的鏈接允許所有階段驗(yàn)證都指向原始的信任根，就像鏈中的鏈接一樣。此驗(yàn)證過程的起點(diǎn)是 R-Car 的掩模 ROM。復(fù)位后立即執(zhí)行。

R-Car 設(shè)備中的信任鏈

關(guān)鍵要點(diǎn)：瑞薩電子建立了一條植根于硬件的信任鏈

Mask ROM 和 H BK用作不可變的信任錨，這些不能更改

信任鏈的每一部分都由前一個(gè)（授權(quán)的）部分驗(yàn)證

此驗(yàn)證過程的起點(diǎn)是作為“信任根”的 R-Car 設(shè)備的掩碼 ROM

準(zhǔn)備安全引導(dǎo)環(huán)境

在 R-Car 設(shè)備中，安全啟動(dòng)從準(zhǔn)備簽名鏈開始。簽名過程的先決條件包括生成兩個(gè) RSA 密鑰對(duì)（設(shè)備根密鑰對(duì)和安全啟動(dòng)密鑰對(duì)）和生成設(shè)備根公鑰哈希 （H BK ）。每個(gè)客戶都將在其安全的 OT 環(huán)境中控制一個(gè)唯一的根密鑰。必須安全存儲(chǔ)根和安全啟動(dòng)私鑰，以確保整體系統(tǒng)安全。創(chuàng)建密鑰對(duì)后，瑞薩電子提供的工具會(huì)生成根公鑰的加密哈希。此公鑰哈希 （H BK ） 提供給瑞薩電子，并在制造過程中被編程到 R-Car 設(shè)備中。H BK用于安全引導(dǎo)鏈中，用于驗(yàn)證根公鑰的完整性和真實(shí)性。

安全啟動(dòng)順序

簽名圖像

環(huán)境準(zhǔn)備好后，就可以開始簽名過程了。將根密鑰和安全啟動(dòng)密鑰對(duì)以及軟件映像作為輸入，簽名工具生成兩個(gè)證書：1） 包含公共根密鑰的根密鑰證書和 2） 包含安全啟動(dòng)公鑰和映像簽名內(nèi)容的內(nèi)容證書。 軟件映像和證書被編程到 R-Car 設(shè)備內(nèi)存中。只有公鑰存儲(chǔ)在 R-Car 設(shè)備上。

R-Car 設(shè)備上的安全啟動(dòng)

復(fù)位釋放 （1） 后，調(diào)用安全引導(dǎo)功能 （2）。安全啟動(dòng)功能使用根密鑰和內(nèi)容證書 （3） 驗(yàn)證軟件。只有驗(yàn)證過程成功（4），設(shè)備才會(huì)執(zhí)行部署的軟件。

這是安全啟動(dòng)序列的分解版本。

腳步：

設(shè)備重置已發(fā)布

設(shè)備執(zhí)行掩碼 ROM。如果設(shè)備處于安全啟用狀態(tài)，則執(zhí)行安全啟動(dòng)。

掩碼 ROM 從外部閃存加載證書和內(nèi)容

掩碼 ROM 解析根密鑰證書并提取根密鑰。計(jì)算根密鑰散列并將其與已知的根密鑰散列 （H BK ） 進(jìn)行比較。如果密鑰正確，則系統(tǒng)進(jìn)行下一步。

掩碼 ROM 計(jì)算并比較在安全啟動(dòng)內(nèi)容證書中找到的啟動(dòng)密鑰的哈希值與在密鑰證書中找到的安全啟動(dòng)密鑰哈希值（在上一步中驗(yàn)證）。如果檢查通過，則使用公鑰來驗(yàn)證內(nèi)容證書簽名。如果內(nèi)容證書中的 有效，則內(nèi)容證書中的數(shù)據(jù)用于計(jì)算下一個(gè)引導(dǎo)階段的有效性和完整性。如果一切檢查執(zhí)行跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)引導(dǎo)階段。

腳步：

后續(xù)啟動(dòng)階段可以調(diào)用掩碼 ROM 安全啟動(dòng)功能來驗(yàn)證后續(xù)階段的內(nèi)容。在此示例中，IPL 調(diào)用掩碼 ROM API 以驗(yàn)證應(yīng)用程序 1-3。通過在后期調(diào)用掩碼 ROM API，設(shè)計(jì)人員可以利用硬件加速進(jìn)行 RSA 簽名檢查和 SHA 加速器進(jìn)行散列。

掩碼 ROM 驗(yàn)證內(nèi)容證書是否在下一個(gè)引導(dǎo)階段加載

IPL 可以驗(yàn)證每個(gè)圖像，或僅驗(yàn)證它加載的圖像子集。在此示例中，應(yīng)用程序 1-3 使用安全啟動(dòng) API，而應(yīng)用程序 4 和 5 使用另一種方法。

當(dāng) IPL 完成加載和驗(yàn)證內(nèi)容時(shí)，它會(huì)跳轉(zhuǎn)到下一個(gè)引導(dǎo)階段。

結(jié)論：

SoC 具有比 MCU 設(shè)備更長(zhǎng)的引導(dǎo)鏈。我們的 R-Car 設(shè)備中的安全啟動(dòng)邏輯允許設(shè)計(jì)人員在整個(gè)啟動(dòng)過程中利用簽名檢查的硬件加速。瑞薩電子 R-Car 設(shè)備利用硬件作為構(gòu)建可靠、安全系統(tǒng)的安全信任根。

審核編輯：郭婷