BL1 초기화와 BL2 인증 진입

QUESTION

BL1 초기화와 BL2 인증 진입 단계에서 실제로 바뀌는 상태는 무엇인가?

STRUCTURE

객체와 주소가 놓이는 구조

CALL PATH

실행 흐름

STATE LEDGER

단계별 입력과 출력

각 단계의 입력과 처리 후 바뀌는 상태를 정리한 표다. 사용 중인 소스 버전에서 다른 필드를 변경한다면 그에 맞춰 표도 수정한다.

분석 범위의 전제와 비교해, 다음 단계에 잘못된 입력을 넘긴 부분부터 조사한다.

VISUAL WALKTHROUGH

주소와 객체의 이동을 그림으로 읽기

아래 그림은 주소, 객체를 사용하는 기간, 제어권을 넘기는 시점을 중심으로 정리했다. 실제 주소와 크기는 사용 중인 보드의 bdinfo, 맵 파일과 링커 심벌로 확인한다.

UPSTREAM SOURCE

원본 코드

아래 코드는 Trusted Firmware-A LTS 2.14.3의 bl1/bl1_main.c에서 26-114줄을 그대로 가져온 것이다. 설명을 위해 실제 코드를 가짜 의사 코드로 바꾸지 않았다.

26#include <lib/utils.h>
27#include <plat/common/platform.h>
28#include <smccc_helpers.h>
29#include <tools_share/uuid.h>
30
31#include "bl1_private.h"
32
33static void bl1_load_bl2(void);
34
35#if ENABLE_PAUTH
36uint64_t bl1_apiakey[2];
37#endif
38
39#if ENABLE_RUNTIME_INSTRUMENTATION
40	PMF_REGISTER_SERVICE(bl_svc, PMF_RT_INSTR_SVC_ID,
41		BL_TOTAL_IDS, PMF_DUMP_ENABLE)
42#endif
43
44/*******************************************************************************
45 * Setup function for BL1.
46 * Also perform late architectural and platform specific initialization.
47 * It also queries the platform to load and run next BL image. Only called
48 * by the primary cpu after a cold boot.
49 ******************************************************************************/
50void __no_pauth bl1_main(void)
51{
52	unsigned int image_id;
53
54	/* Enable early console if EARLY_CONSOLE flag is enabled */
55	plat_setup_early_console();
56
57	/* Perform early platform-specific setup */
58	bl1_early_platform_setup();
59
60	/* Perform late platform-specific setup */
61	bl1_plat_arch_setup();
62
63	/* Init registers that don't get contexted */
64	cm_manage_extensions_el3(plat_my_core_pos());
65
66	/* When BL2 runs in Secure world, it needs a coherent context. */
67#if !BL2_RUNS_AT_EL3
68	/* Init per-world context registers. */
69	cm_manage_extensions_per_world();
70#endif
71
72#if ENABLE_RUNTIME_INSTRUMENTATION
73	PMF_CAPTURE_TIMESTAMP(bl_svc, BL1_ENTRY, PMF_CACHE_MAINT);
74#endif
75
76	/* Announce our arrival */
77	NOTICE(FIRMWARE_WELCOME_STR);
78	NOTICE("BL1: %s\n", build_version_string);
79	NOTICE("BL1: %s\n", build_message);
80
81	INFO("BL1: RAM %p - %p\n", (void *)BL1_RAM_BASE, (void *)BL1_RAM_LIMIT);
82
83	print_errata_status();
84
85#if ENABLE_ASSERTIONS
86	u_register_t val;
87	/*
88	 * Ensure that MMU/Caches and coherency are turned on
89	 */
90#ifdef __aarch64__
91	val = read_sctlr_el3();
92#else
93	val = read_sctlr();
94#endif
95	assert((val & SCTLR_M_BIT) != 0);
96	assert((val & SCTLR_C_BIT) != 0);
97	assert((val & SCTLR_I_BIT) != 0);
98	/*
99	 * Check that Cache Writeback Granule (CWG) in CTR_EL0 matches the
100	 * provided platform value
101	 */
102	val = (read_ctr_el0() >> CTR_CWG_SHIFT) & CTR_CWG_MASK;
103	/*
104	 * If CWG is zero, then no CWG information is available but we can
105	 * at least check the platform value is less than the architectural
106	 * maximum.
107	 */
108	if (val != 0)
109		assert(CACHE_WRITEBACK_GRANULE == SIZE_FROM_LOG2_WORDS(val));
110	else
111		assert(CACHE_WRITEBACK_GRANULE <= MAX_CACHE_LINE_SIZE);
112#endif /* ENABLE_ASSERTIONS */
113
114	/* Perform remaining generic architectural setup from EL3 */

READING CONTRACT

발췌 범위와 읽기 기준

원문 26-114줄에는 앞뒤 문맥이 포함됩니다. 기준 구문 void __no_pauth bl1_main(void)은 L50에 있습니다. 발췌 첫 줄을 함수 정의의 시작으로 해석하지 않습니다.

BL1은 ROM에 가까운 신뢰 시작점이다. 아직 동적 서비스가 없는 시점에 어떤 memory와 device를 믿고 BL2 image 정보를 만드는지 확인한다.

RELATED SOURCE

함께 읽어야 하는 원본 코드

첫 코드 조각만으로 동작이 완성되지 않는 경우 호출 매크로, 객체 정의와 실제 실행 목록을 같은 페이지에 묶었다. 각 조각은 같은 기준 commit에서 가져왔다.

23#include <lib/el3_runtime/context_mgmt.h>
24#include <lib/extensions/pauth.h>
25#include <lib/pmf/pmf.h>
26#include <lib/utils.h>
27#include <plat/common/platform.h>
28#include <smccc_helpers.h>
29#include <tools_share/uuid.h>
30
31#include "bl1_private.h"
32
33static void bl1_load_bl2(void);
34
35#if ENABLE_PAUTH
36uint64_t bl1_apiakey[2];
37#endif
38
39#if ENABLE_RUNTIME_INSTRUMENTATION
40	PMF_REGISTER_SERVICE(bl_svc, PMF_RT_INSTR_SVC_ID,
41		BL_TOTAL_IDS, PMF_DUMP_ENABLE)
42#endif
43
44/*******************************************************************************
45 * Setup function for BL1.
46 * Also perform late architectural and platform specific initialization.
47 * It also queries the platform to load and run next BL image. Only called
48 * by the primary cpu after a cold boot.
49 ******************************************************************************/
50void __no_pauth bl1_main(void)
51{
52	unsigned int image_id;
53
54	/* Enable early console if EARLY_CONSOLE flag is enabled */
55	plat_setup_early_console();
56
57	/* Perform early platform-specific setup */
58	bl1_early_platform_setup();
59
60	/* Perform late platform-specific setup */
61	bl1_plat_arch_setup();
62
63	/* Init registers that don't get contexted */
64	cm_manage_extensions_el3(plat_my_core_pos());
65
66	/* When BL2 runs in Secure world, it needs a coherent context. */
67#if !BL2_RUNS_AT_EL3
68	/* Init per-world context registers. */
69	cm_manage_extensions_per_world();
70#endif
71
72#if ENABLE_RUNTIME_INSTRUMENTATION
73	PMF_CAPTURE_TIMESTAMP(bl_svc, BL1_ENTRY, PMF_CACHE_MAINT);
74#endif
75
76	/* Announce our arrival */
77	NOTICE(FIRMWARE_WELCOME_STR);
78	NOTICE("BL1: %s\n", build_version_string);
79	NOTICE("BL1: %s\n", build_message);
80
81	INFO("BL1: RAM %p - %p\n", (void *)BL1_RAM_BASE, (void *)BL1_RAM_LIMIT);
82
83	print_errata_status();
84
85#if ENABLE_ASSERTIONS
86	u_register_t val;
87	/*
88	 * Ensure that MMU/Caches and coherency are turned on
89	 */
90#ifdef __aarch64__
91	val = read_sctlr_el3();

63}
64
65/*******************************************************************************
66 * Internal function to load an image at a specific address given
67 * an image ID and extents of free memory.
68 *
69 * If the load is successful then the image information is updated.
70 *
71 * Returns 0 on success, a negative error code otherwise.
72 ******************************************************************************/
73static int load_image(unsigned int image_id, image_info_t *image_data)
74{
75	uintptr_t dev_handle = 0ULL;
76	uintptr_t image_handle = 0ULL;
77	uintptr_t image_spec = 0ULL;
78	uintptr_t image_base;
79	size_t image_size = 0ULL;
80	size_t bytes_read = 0ULL;
81	int io_result;
82
83	assert(image_data != NULL);
84	assert(image_data->h.version >= VERSION_2);
85
86	image_base = image_data->image_base;
87
88	/* Obtain a reference to the image by querying the platform layer */
89	io_result = plat_get_image_source(image_id, &dev_handle, &image_spec);
90	if (io_result != 0) {
91		WARN("Failed to obtain reference to image id=%u (%i)\n",
92			image_id, io_result);
93		return io_result;
94	}
95
96	/* Attempt to access the image */
97	io_result = io_open(dev_handle, image_spec, &image_handle);
98	if (io_result != 0) {
99		WARN("Failed to access image id=%u (%i)\n",
100			image_id, io_result);
101		return io_result;
102	}
103
104	INFO("Loading image id=%u at address 0x%lx\n", image_id, image_base);
105
106	/* Find the size of the image */
107	io_result = io_size(image_handle, &image_size);
108	if (io_result != 0) {
109		WARN("Failed to determine the size of the image id=%u (%i)\n",
110			image_id, io_result);
111		goto exit_load_image;
112	}
113
114	if (image_size == 0U) {
115		WARN("image id=%u size is zero\n", image_id);
116		io_result = -EIO;
117		goto exit_load_image;
118	}
119
120	/* Check that the image size to load is within limit */
121	if (image_size > image_data->image_max_size) {
122		WARN("Image id=%u size out of bounds\n", image_id);
123		io_result = -EFBIG;
124		goto exit_load_image;
125	}
126
127	/*
128	 * image_data->image_max_size is a uint32_t so image_size will always
129	 * fit in image_data->image_size.
130	 */
131	image_data->image_size = (uint32_t)image_size;
132
133	/* We have enough space so load the image now */
134	/* TODO: Consider whether to try to recover/retry a partially successful read */
135	io_result = io_read(image_handle, image_base, image_size, &bytes_read);
136	if ((io_result != 0) || (bytes_read < image_size)) {
137		WARN("Failed to load image id=%u (%i)\n", image_id, io_result);
138		goto exit_load_image;
139	}
140
141	INFO("Image id=%u loaded: 0x%lx - 0x%lx\n", image_id, image_base,
142	     (uintptr_t)(image_base + image_size));
143
144exit_load_image:
145	(void)io_close(image_handle);
146	/* Ignore improbable/unrecoverable error in 'close' */
147
148	/* TODO: Consider maintaining open device connection from this bootloader stage */
149	(void)io_dev_close(dev_handle);
150	/* Ignore improbable/unrecoverable error in 'dev_close' */
151
152	return io_result;
153}
154
155#if TRUSTED_BOARD_BOOT
156/*
157 * This function uses recursion to authenticate the parent images up to the root
158 * of trust.
159 */

DETAILS

내부 동작을 더 깊게 읽기

IMPLEMENTATION NOTES

구현을 읽을 때 놓치기 쉬운 부분

OBJECT LIFETIME

객체와 수명

FAILURE PATH

실패 지점과 증상

로그가 끊긴 함수뿐 아니라 그 함수에 주소, 크기, 플래그를 전달한 앞 단계도 조사한다. 오류 처리 후 등록된 객체나 하드웨어 설정이 그대로 남아 있는지도 확인한다.

EVIDENCE

소스 밖에서 확인할 증거

소스에서 파악한 동작을 실제 빌드 결과와 대상 보드의 로그로 확인한다. 아래 명령의 보드 이름과 툴체인 접두사는 사용 중인 빌드 환경에 맞게 바꾼다.

LAB

직접 확인할 실험

1. 01
   BL1 로그에 image base/size 추가

   bl1_main 진입 전후에 BL1 trusted SRAM의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

2. 02
   BL2 한 바이트 변조 후 인증 실패 확인

   platform setup 진입 전후에 BL2 image_info의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

3. 03
   entry_point_info와 EL 상태 기록

   BL2 load/auth 진입 전후에 entry_point_info의 주소·크기·반환값과 timestamp를 함께 남긴다.

PRIMARY REFERENCES

원문과 다음 글