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2023年02月28日 | 安全启动 - STM32安全启动架构
2023-02-28 来源：jdzj
安全需要一个起点。现在我们理解，没有安全启动，设备平台的安全难以得到保证。安全启动要求启动的位置一定是固定在某个地方。那么固定启动位置靠什么保证？必须靠硬件。软件本身的特点，决定了它很容易被修改，即使做了加密和加扰，破解的难度依然比硬件低很多。所以，安全启动一定是靠 STM32 硬件来保证。脱离硬件谈安全启动基本上是不可能的。
实现 Root of Trust（信任根）通用的做法是什么呢？一般是，芯片有一个 Bootrom 启动只读存储区。硬件的设计保证，芯片加电启动一定是从这个只读的甚至不可见的 Bootrom 里执行。
事实上，保持安全启动的原则不变，但是实现的方式可以不一样。 对于这个 Bootrom，直接固化在芯片里，会减少灵活性，无法适应 MCU 的广泛应用场景。所以，STM32 采用的是使用 STM32 硬件技术，允许客户在开发过程中形成 Bootrom。形成的 bootrom 具有我们前面所提到的安全启动几个特征：
◎ 启动位置是固定的
◎ 启动顺序是不可修改的
◎ 启动代码或者核心部分对后续代码是不可见的
安全启动的 STM32 软件架构
STM32 SBSFU 是一个层次结构，分为三层，可参考附件中的下图图示。
◇ 第一层是驱动层，包括 BSP 以及 STM32 HAL
◇ 第二层是中间件层，包括 STM32 Cryptolib，以及安全引擎。安全引擎提供了 Secure key storage 安全存储密钥的服务，以及安全进行加解密操作的服务。
◇ 第三层是应用层，包括 SBSFU，以及用户固件。其中，安全启动与安全固件更新部分，保括了安全配置，用户固件加载，以及为用户固件更新所准备的固件烧录功能。
在 STM32 中固定启动位置
我们看一下 SBSFU 的安全部分是如何实现的。复盘一下系统的初始执行过程：系统上电，STM32 MCU 根据 boot0 和 boot1 管脚的配置，再加上软件 boot 寄存器，可以确定系统应该什么地方启动，存在三种可能：
◎ 从系统内存启动 System memory bootloader。
◎ 从用户 Flash 启动
◎ 从SRAM 启动
理论上系统内存可以充当信任根。然而，考虑到系统内存所达到的安全级别和灵活性，我们不希望它从系统内存启动。从 SRAM 启动的话，如果没有信任根的话，那么这个 SRAM 的安全无法得到保证。因此，只有唯一的选择，也就是 STM32 目前的安全设计方案，将系统固定在用户 Flash 启动 。
我们如何将系统固定在用户 Flash 启动？
根据 STM32 手册，需要使用一个叫读保护的功能 RDP。不使用 RDP, 首先 boot pin 是可以重新拉高或者拉低，从而构成不同的配置；其次 JTAG 可以连上去，让 STM32 从 SRAM 启动。
读保护 RDP 要设置成2，才能够确保启动位置不会被修改。 将 RDP 设置成1，是保护 Flash 内容不被读出，并不能将启动顺序固定到用户 Flash。例如, JTAG 依然可以连上 STM32, boot 管脚依然可以重新修改。
所有的 STM32 系列都具备 RDP 功能。唯一需要注意的是 STM32F1 系列，不具备 RDP 级别2这一设置。
有些客户反映，使用 RDP 级别2，会不会造成一些问题，代码错了，系统会不会变化？还有使用 PCROP 保护的算法或者密钥会不会再也无法更新？为解决这些问题，可以采用特别的 STM32 型号，例如：STM32G0。
对于 STM32G0，这种情况下，是要使用一个选项字节功能。该功能被称为唯一启动入口 (Unique Boot entry)。若将该选项字节设置成1，STM32G0 只能从主 Flash 启动。不过，对于安全启动，需要将启动的位置固定这一需求，是可以进一步放松。例如：假如换到其他位置，对于安全相关的链条的影响为0，那么我们也可以认为这个信任的根的保密、完整、可靠目标在一定程度达到了。
例如，我们在不需要 RDP 为2，也可以实现可信的安全固件安装。在安全固件安装中，系统内存提供 RSS 根安全服务，在这个过程中，系统内存充当了信任根。这就是一个RDP 级别1 的信任根。
再例如：如果使用 STM32L4，将堆栈放在 SRAM2 中，那么在 RDP1 的情况下，想通过 JTAG 攻击STM32，例如读 Flash 内容，或者对 Flash 修改基本不可功能。
总结一下，构造安全启动，必然需要设置读保护 RDP, 一般设置成２，在有些情况下也可
以设置成１，这个时候要确保 SRAM1 不包含任何安全敏感信息。
史海拾趣
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