Ezra Maccabee 59b9ff55f7 # 14 - Шаблон HIL-теста

- Создан первый рабочий, шаблонный HIL-тест (bsp_opto)
- актуализирована вся документация

2026-03-27 14:36:12 +03:00

12 KiB

Raw Permalink Blame History

High Assurance Boot (HAB) — Принцип работы и применение на MIMXRT1052

1. Что такое HAB

High Assurance Boot (HAB) — механизм безопасной загрузки, встроенный в BootROM микроконтроллеров семейства NXP i.MX/RT. Его цель — криптографически гарантировать, что на чипе запустится только авторизованный код.

HAB работает на уровне кремния: BootROM прошит на заводе и не может быть изменён. Вся цепочка доверия строится от него.

2. Угрозы без HAB

Без механизма защищённой загрузки любой, имеющий физический доступ к устройству, может:

подключить программатор и залить произвольную прошивку
загрузить вредоносный код через USB в режиме Serial Download Protocol (SDP)
модифицировать прошивку во Flash между производством и эксплуатацией

HAB устраняет эти угрозы на аппаратном уровне.

3. Структура HAB-образа

HAB-образ — это не просто бинарник прошивки, а обёртка с метаданными вокруг него. BootрOM ищет обязательные структуры по фиксированным смещениям.

Карта памяти Flash (FlexSPI NOR, XIP)

0x60000000  ┌──────────────────────────────────┐
            │  FCB — Flash Configuration Block  │  512 байт
            │  (конфигурация FlexSPI контроллера│
            │   записывается Flashloader'ом)    │
0x60001000  ├──────────────────────────────────┤
            │  IVT — Image Vector Table         │  32 байта
0x60001020  ├──────────────────────────────────┤
            │  BDT — Boot Data Table            │  12 байт
0x60001030  ├──────────────────────────────────┤
            │  DCD — Device Config Data         │  опционально
            │  (инициализация SDRAM и др.)      │
            ├──────────────────────────────────┤
0x60003000  │  Код прошивки (.text, .data, ...) │
            │                                  │
            ├──────────────────────────────────┤
            │  CSF — Command Sequence File      │  только в signed-образе
            │  (подпись, ключи, хэши)          │
            └──────────────────────────────────┘

3.1 IVT — Image Vector Table

Главная точка входа для BootROM. Структура фиксирована, 32 байта, тег 0xD1:

typedef struct {
    uint32_t header;     // тег 0xD1, длина, версия
    uint32_t entry;      // адрес Reset_Handler прошивки
    uint32_t reserved1;
    uint32_t dcd;        // адрес DCD (0 если не нужен)
    uint32_t boot_data;  // адрес BDT
    uint32_t self;       // адрес самого IVT
    uint32_t csf;        // адрес CSF (0 если unsigned)
    uint32_t reserved2;
} ivt_t;

BootROM находит IVT по фиксированному смещению от начала Flash (ivtOffset = 0x1000 для FlexSPI NOR), читает его и получает адреса всех остальных структур.

3.2 BDT — Boot Data Table

Сообщает BootROM, где начинается образ и каков его полный размер:

typedef struct {
    uint32_t start;   // 0x60000000 — начало образа во Flash
    uint32_t length;  // полный размер в байтах
    uint32_t plugin;  // 0 для обычного образа
} boot_data_t;

3.3 DCD — Device Configuration Data

Опциональная секция с командами инициализации периферии, которые BootROM выполняет до передачи управления прошивке. Типичное применение — инициализация SDRAM (SEMC), чтобы к моменту старта первой инструкции прошивки память уже была доступна.

DCD содержит последовательность команд двух типов:

Команда	Тег	Назначение
`Write Data`	`0xCC`	Записать значение по адресу
`Check Bits Set`	`0xCF`	Ждать пока бит станет `1` (poll)

Формат бинарника: Tag(1) | Length(2 BE) | Parameter(1) | данные.

3.4 CSF — Command Sequence File

Криптографическая секция. Присутствует только в подписанных образах. Содержит:

таблицу публичных ключей (SRK table)
хэши защищённых регионов образа (IVT, BDT, код)
подпись RSA 2048/4096 или ECDSA

4. Режимы HAB

4.1 По типу образа

Режим	`flags`	CSF	Применение
Unsigned	`0x00`	отсутствует	разработка, отладка
Signed	`0x08`	RSA/ECDSA подпись	производство
Signed + Encrypted	`0x0C`	подпись + шифрование кода	максимальная защита

4.2 По состоянию чипа (OTP fuse)

Независимо от типа образа, чип может находиться в одном из двух состояний:

HAB Open (fuse SEC_CONFIG = 0, заводское состояние): BootROM проверяет подпись, но игнорирует ошибки — запуск происходит в любом случае. Это позволяет работать с unsigned образами на этапе разработки.

HAB Closed (fuse SEC_CONFIG = 1): При ошибке проверки подписи BootROM отказывает в запуске безвозвратно. Запись fuse необратима — чип нельзя вернуть в Open состояние.

5. Цепочка доверия (Trust Chain)

Производитель устройства
    │
    ├── Генерирует пару ключей RSA 4096
    │     private.pem  → хранится в защищённом месте (HSM / vault)
    │     public.pem   → включается в образ (SRK table)
    │
    ├── SHA256(public.pem) записывается в OTP fuses (SRK_HASH)
    │   ↑ необратимо, выполняется один раз при производстве
    │
    └── При сборке каждого релиза:
          nxpimage hab export (flags=0x08)
              → хэшируются IVT + BDT + код
              → подписывается private.pem
              → CSF встраивается в образ

При загрузке на чипе:
    BootROM
        → читает IVT → находит CSF
        → извлекает public key из CSF
        → SHA256(public key) == SRK_HASH из fuses? → ДА
        → проверяет подпись хэшей регионов → ОК
        → прыгает на entry point

6. Почему Unsigned-образ требует HAB-контейнер

Распространённое заблуждение: "раз образ без подписи, зачем вообще HAB?". Ответ прост:

BootROM всегда ищет IVT по фиксированному смещению. Это не опциональная безопасность — это формат загрузки. Без IVT и BDT BootROM не знает:

куда прыгать (entry point)
где находится DCD для инициализации SDRAM
каков размер образа

nxpimage hab export для unsigned образа выполняет именно эту работу — добавляет IVT, BDT, встраивает DCD — без какой-либо криптографии. CSF при этом равен нулю.

7. Процесс прошивки MIMXRT1052 (USB, без JTAG)

BootROM в режиме SDP умеет только писать в RAM и прыгать. Для записи во Flash необходим Flashloader — специальная программа от NXP.

Плата в SDP режиме (BOOT_MOD_1 = 3V3)
    │
    │  sdphost -u 0x1FC9,0x0130
    ├─ write-file 0x20001C00 ivt_flashloader.bin
    └─ jump-address 0x20001C00
         │
         │  (ожидание ~3с инициализации)
         │
    Flashloader запущен
         │  blhost -u 0x15A2,0x0073
         ├─ fill-memory 0x2000 4 0xC0000007  ← option word для FlexSPI NOR
         ├─ configure-memory 9 0x2000        ← Flashloader пишет FCB в Flash
         ├─ flash-erase-region 0x60000000 …
         ├─ write-memory 0x60002000 firmware_hab.bin  ← HAB образ
         └─ reset

8. Жизненный цикл для проекта TFT

Стадия	Режим HAB	Подпись	Fuse
Разработка	Open	Unsigned (`0x00`)	не трогаем
Входной контроль	Open	Unsigned (`0x00`)	не трогаем
Предсерийные образцы	Open	Signed (`0x08`)	не трогаем
Серийное производство	Closed	Signed (`0x08`)	`SEC_CONFIG = 1`

⚠️ Запись SEC_CONFIG = 1 необратима. Перед закрытием HAB необходимо убедиться, что подписанный образ успешно проходит верификацию на реальном железе.

9. Инструменты

Инструмент	Назначение
`nxpimage hab export`	Сборка HAB-образа (IVT + BDT + DCD + опционально CSF)
`nxpimage hab parse`	Разбор готового образа для проверки
`sdphost`	Связь с BootROM в SDP режиме (запись в RAM, прыжок)
`blhost`	Связь с Flashloader (запись во Flash, конфигурация памяти)
`nxpdevscan`	Обнаружение подключённых NXP устройств

10. Литература

NXP AN12263 — "HAB Code Signing for i.MX RT" — пошаговая инструкция по подписи образов
MIMXRT1052 Reference Manual — Chapter 9: System Boot (структуры IVT, BDT, DCD, CSF)
SPSDK Documentation — документация по nxpimage, blhost, sdphost
NXP Application Note AN4581 — "Secure Boot on i.MX50, i.MX53, and i.MX 6 Series"

12 KiB Raw Permalink Blame History Unescape Escape