[S32K344] Secure Boot Application

1. Overall

本文来捋顺以下，Secure Boot如何使能。和其他MCU的Secure Boot不同，S32K344的固件需要SoC之上的HSE进行密钥管理和固件签名，而其他的MCU控制器通常是在编译固件的时候进行签名，接着使用烧录器烧录到芯片的NVM中。

对于一般的Secure Boot和S32K3系列的Secure Boot做以下对比：

	一般MCU	S32K344
代码编译	HOST	HOST
RSA私钥存储	HOST或者服务器	HSE
RSA公钥存储	HOST或者服务器 + 固件	HSE
根信任	eFUSE中的pub key hash	HSE
签名者	HOST或者服务器	HSE

1.1 流程概述

对于S32K344理论上需要编译两个工程：

首先，是App工程。该工程就是我们正常的S32K344的业务工程。不过相比于普通的业务工程，还需要定义包含App头的描述之类的，所以link文件和工程需要做一些适配；

然后，是Secure Boot配置工程。该工程用于配置Secure Boot，在编译阶段，我们需要把App工程的二进制指定到该工程中。通过烧录和运行该工程，该工程会完成：

HSE的初始化；
HSE的密钥import和生成；
App工程的签名 + App工程的在NVM上的存储；
重新生成新的IVT等；
App工程的校验；
A/B分区的配置等；
清除这些配置信息

当Secure Boot配置工程执行完成之后，在板子下一次reset之后，就完成了secure boot的使能，并且能正确引导App工程的启动。

如果需要重新烧录固件，则需要重新使用Secure Boot配置工程。

1.2 如何保证安全性

Secure Boot保证的是非法固件的启动和运行，安全性的保证是通过HSE的签名操作。

攻击1 ：在一个已经启动Secure Boot的设备上，替换NVM存储器（例如Flash）

通过SBAF（BootROM）程序强制从HSE启动，并利用HSE内置密钥进行固件验证，确实能够有效防止未经授权的固件运行。这种设计确保了攻击者即使通过物理手段替换NVM，也无法绕过HSE的签名验证，从而防止恶意固件的加载。因此，这种机制能够有效抵御通过NVM替换进行的攻击，提供了很强的安全性。

攻击2：通过JTAG接口下载恶意代码并尝试清空HSE的密钥

SoC启动HSE之后，需要开启Secure Debug功能。通过在eFUSE中烧录DAPK或AES密钥，或通过挑战响应模式来验证调试者的身份，这种机制能够有效地防止未经授权的JTAG访问。如果攻击者没有正确的密钥或身份验证手段，那么他们将无法通过JTAG接口重新烧录程序或清空HSE的密钥。因此，这种机制在防止物理调试接口攻击方面是安全的。参考： https://www.pemicro.com/blog/index.cfm?post_id=216

攻击3：通过App的外部接口进行反向固件注入

SBAF程序会强制通过HSE验证固件，并且MPU配置了对HSE区域的保护。对于普通应用程序区域，HSE在启动时验证固件的签名，防止未授权固件通过外部接口（如网络、串口）注入。而对于HSE固件，MPU的保护使得HSE区域无法被写入，从而防止通过应用程序进行的攻击。

攻击4：回滚攻击

攻击者可能尝试通过将固件或软件降级到一个存在已知漏洞的版本，从而利用这些漏洞进行攻击。启动HSE的固件，不可以卸载HSE，只能升级。

2. 使能Secure Boot

2.1 工程依赖配置

在使能Secure Boot基于 https://github.com/carloscn/libs/blob/master/nxp/s32k344/sw745310_SecureBootAppNoteDemo.zip 这个版本，手册对应AN13465 Rev. 0.1.1.0, 12/2021。S32K344无论是HSE还是RTD，都对版本比较敏感。因此，我们谨慎对待版本的选择。主要涉及：

HSE Firmware： version 0.1.1.0
RTD Driver: version 1.0.0
S32DS.3.4 Windows版本（不限制，我用的是3.5会导致mex解析出很多错误）
如果是S32DS.3.4，还需要安装arm10.2版本的编译器（S32DS.3.4默认是arm9）

RTD Driver的安装是通过S32DS安装，类似可以串口的工程： https://github.com/carloscn/blog/issues/240

HSE Firmware安装，请参考： https://github.com/carloscn/blog/issues/236

Secure Boot的工程我放在这里：

打开之后：

通过S32DS.3.5 IDE，import功能，打开exist project，导入工程：

需要先编译App （S32K344_SecureBootAppABSwap_Example_100_341_FW0110），再编译Cfg （S32K344_SecureBootCfgABSwap_Example_100_341_FW0110），因为Cfg需要依赖App的bin文件。

2.2 App工程编译

工程 S32K344_SecureBootAppABSwap_Example_100_341_FW0110 未来是我们自己的业务工程。在NXP的工程中 S32K344_SecureBootAppABSwap_Example_100_341_FW0110和S32K344_SecureBootCfgABSwap_Example_100_341_FW0110共用一个main.c文件，通过工程定义的宏定义隔离开功能。

NXP的Secure Boot的Demo工程环境变量有问题，修改成为：

我的S32DS.3.5安装路径并非是默认的路径，而是C:\opt\NXP\S32DS.3.5，所以环境变量应该替换成为正确的环境变量。

C:\opt\NXP\S32DS.3.5\eclipse\..\S32DS\build_tools\gcc_v10.2\gcc-10.2-arm32-eabi\bin;C:\opt\NXP\S32DS.3.5\S32DS\build_tools\msys32\usr\bin;C:/opt/NXP/S32DS.3.5/eclipse/jre/bin/server;C:/opt/NXP/S32DS.3.5/eclipse/jre/bin;C:/opt/NXP/S32DS.3.5/eclipse/jre/lib/amd64;C:\WINDOWS\system32;C:\WINDOWS;C:\WINDOWS\System32\Wbem;C:\WINDOWS\System32\WindowsPowerShell\v1.0\;C:\WINDOWS\System32\OpenSSH\;C:\Program Files (x86)\PuTTY\;"C:\Program Files\Java\jre1.8.0_221\bin;";C:\Program Files\TortoiseSVN\bin;C:\Program Files\Git\cmd;C:\Program Files\MATLAB\R2020a\runtime\win64;C:\Program Files\MATLAB\R2020a\bin;C:\Program Files\CMake\bin;C:\Program Files\TortoiseGit\bin;C:\Program Files\OpenSSL-Win64\bin;C:\Program Files (x86)\Pulse Secure\VC142.CRT\X64\;C:\Program Files (x86)\Pulse Secure\VC142.CRT\X86\;C:\Program Files (x86)\Common Files\Pulse Secure\VC142.CRT\X64\;C:\Program Files (x86)\Common Files\Pulse Secure\VC142.CRT\X86\;C:\Program Files (x86)\RedHat\java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275-1\bin;C:\Program Files (x86)\RedHat\java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275-1\jre\bin;C:\Program Files\RedHat\java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275-1\bin;C:\Program Files\RedHat\java-1.8.0-openjdk-1.8.0.275-1\jre\bin;C:\Users\NXF55009\AppData\Local\Programs\Python\Python38\Scripts\;C:\Users\NXF55009\AppData\Local\Programs\Python\Python38\;C:\Users\NXF55009\AppData\Local\Microsoft\WindowsApps;c:\Programs\Microsoft VS Code\bin;C:\Program Files\CMake\bin;D:\dev\s32k148avb_master\tools\ninja;C:\opt\NXP\S32DS.3.3\S32DS\build_tools\gcc_v9.2\gcc-9.2-arm32-eabi\bin;C:\Program Files\CodeBlocks\MinGW\bin;;C:\opt\NXP\S32DS.3.5\S32DS\tools\S32Trace\bin;C:\opt\NXP\S32DS.3.5\eclipse

Cfg工程分析

在原始的工程基础上，需要创建以下格式在NVM中：

#ifdef SECURE_BOOT_CFG
const char program_info[] = "CFG";
unsigned int __attribute__((section("._int_ivt_0"))) ivt_flash[] =
{
/*00h*/     SBAF_BOOT_MARKER /* IVT marker */ ,
/* Boot configuration word */
/*04h*/     (CM7_0_ENABLE << CM7_0_ENABLE_SHIFT) | (CM7_1_ENABLE << CM7_1_ENABLE_SHIFT) ,
/*08h*/     IVT_RESERVED /* Reserved */ ,
/*C0h*/     CM7_0_VTOR_ADDR /* CM7_0 Start address */ ,
/*10h*/     IVT_RESERVED /* Reserved */,
/*14h*/     CM7_1_VTOR_ADDR /* CM7_1 Start address , lockstep only run CM7_0 */ ,
/*18h*/     IVT_RESERVED /* Reserved */ ,
/*1ch*/     CM7_2_VTOR_ADDR /* CM7_2 Start address , lockstep only run CM7_0 */ ,
/*20h*/     XRDC_CONFIG_ADDR /* XRDC configuration pointer */ ,
/*24h*/     LF_CONFIG_ADDR /* Lifecycle configuration pointer */ ,
/*28h*/     IVT_RESERVED /* Reserved */,
/*2ch*/     HSE_FW_ADDR /* Reserved */,
/*30h*/     SECURE_BOOT_APP_ADDR ,
/*34h*/     IVT_RESERVED ,
/*38h*/     SECURE_BOOT_BACKUP_ADDR ,
/*3ch*/     IVT_RESERVED ,
/*f0h*/     IVT_GMAC ,
};
#endif

需要注意的是，IVT需要放置在闪存块的开始位置，它通常占据一个完整的扇区（对于S32K344，擦除操作在扇区中进行，一个扇区是8KB，0x2000B），尽管它的大小只有256字节。

App工程分析

显示了App工程中的AppBL内容，包括App代码启动地址、代码大小以及一些基本安全引导所需的信息。应用程序代码地址需要对齐，并通常放置在一个扇区的开始。在原始的工程基础上，需要创建以下格式在NVM中：

这个App的demo实现了一个run_crypto_example的简单功能：

#ifdef SECURE_BOOT_APP
const char program_info[] = "APP";
/*
 * 0x100000 - 1024KB
 * 0x80000  - 512KB
 * 0x40000  - 256KB
 * 0x20000  - 128KB
 * 0x10000  -  64KB
 * */
extern uint32_t __text_start;
extern uint32_t __text_size ;
const hseAppHeader_t __attribute__((section("._app_boot_header"))) app_header =
{
        .hdrTag = 0xD5 ,
        .reserved1 = {0},
        .hdrVersion = 0x60 ,
        .pAppDestAddres = 0x00 ,
        .pAppStartEntry = (uint32_t)( &__text_start ) ,
        .codeLength = (uint32_t)( 0x80000u - APPBL_START_ADDR_OFFSET - APP_HEADER_LENGTH ),
        .coreId = 0x00u ,
        .reserved2 = {0},
};
#endif

相应地map文件：

2.3 上板子测试

Demo是UART0，我的板子是UART3，需要改变一下mex的配置。调试之后烧录cfg工程，运行：

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