充電樁嵌入式系統(tǒng)中，安全啟動(dòng)（Secure Boot）是保障系統(tǒng)安全運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它確保設(shè)備在啟動(dòng)過(guò)程中，加載的軟件均來(lái)自可信來(lái)源且未被篡改，極大降低了惡意軟件入侵風(fēng)險(xiǎn)，保障了充電樁系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。
一、安全啟動(dòng)原理
安全啟動(dòng)基于非對(duì)稱加密原理構(gòu)建信任鏈。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在編譯階段，廠商利用私鑰對(duì)固件（包括分區(qū)表和應(yīng)用鏡像等）進(jìn)行簽名，生成獨(dú)一無(wú)二的數(shù)字簽名。而在設(shè)備端，Bootloader（引導(dǎo)加載程序）預(yù)先保存與之對(duì)應(yīng)的公鑰。當(dāng)設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，Bootloader會(huì)讀取存儲(chǔ)在閃存中的固件及其簽名，運(yùn)用公鑰對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證。若簽名驗(yàn)證成功，表明固件未被篡改且來(lái)源可信，系統(tǒng)將繼續(xù)啟動(dòng)流程；反之，若驗(yàn)證失敗，系統(tǒng)會(huì)終止啟動(dòng)，防止不可信軟件運(yùn)行。
例如，常見(jiàn)的ECDSA（橢圓曲線數(shù)字簽名算法）簽名算法就常用于這一過(guò)程。在生成簽名時(shí)，私鑰對(duì)指定的二進(jìn)制文件進(jìn)行運(yùn)算生成簽名；驗(yàn)證時(shí)，公鑰則依據(jù)簽名和原始文件，判斷簽名是否有效。
二、實(shí)現(xiàn)步驟
1.生成密鑰對(duì)
在PC端，使用工業(yè)級(jí)加密程序生成公鑰/私鑰對(duì)。例如，執(zhí)行“openssl ecparam -name prime256v1-genkey-noout-out my_secure_boot_signing_key.pem”指令可生成用于簽名的私鑰文件，同時(shí)對(duì)應(yīng)生成公鑰。私鑰務(wù)必妥善保管，一旦泄露，任何使用該私鑰簽名的鏡像都能繞過(guò)啟動(dòng)時(shí)的簽名驗(yàn)證。
2.編譯與簽名
編譯Bootloader：在編譯Bootloader鏡像時(shí)，若配置中使能了安全啟動(dòng)選項(xiàng)，編譯工具會(huì)將生成的公鑰編譯到Bootloader鏡像中，使Bootloader具備安全啟動(dòng)支持能力。
編譯并簽名分區(qū)表和應(yīng)用鏡像：使用私鑰對(duì)分區(qū)表和應(yīng)用鏡像進(jìn)行簽名計(jì)算，生成對(duì)應(yīng)的簽名，并將簽名編譯到相應(yīng)的二進(jìn)制文件中。這些簽名將作為后續(xù)啟動(dòng)時(shí)驗(yàn)證的關(guān)鍵依據(jù)。
3.首次啟動(dòng)設(shè)置
生成并保存安全密鑰：芯片首次啟動(dòng)時(shí)，硬件隨機(jī)數(shù)生成器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)256-bit的AES安全密鑰（secure boot key），該密鑰被保存在具有讀寫(xiě)保護(hù)功能的efuse中。同時(shí)，利用這個(gè)密鑰、一個(gè)隨機(jī)數(shù)IV和Bootloader鏡像計(jì)算出secure digest，將secure digest與隨機(jī)數(shù)IV保存在閃存的0x0地址，用于后續(xù)啟動(dòng)時(shí)驗(yàn)證Bootloader鏡像是否被篡改。
設(shè)置相關(guān)標(biāo)志位：若在配置中選擇禁止JTAG中斷和ROM BASIC中斷，Bootloader會(huì)將efuse中的相應(yīng)標(biāo)志位設(shè)置為禁止?fàn)顟B(tài)，以增強(qiáng)系統(tǒng)安全性。完成上述操作后，通過(guò)燒寫(xiě)efuse中的ABS_DONE_0標(biāo)志位，永久使能安全啟動(dòng)功能。
4.后續(xù)啟動(dòng)驗(yàn)證
ROM Bootloader驗(yàn)證：芯片后續(xù)啟動(dòng)時(shí)，ROM Bootloader檢測(cè)到efuse中的ABS_DONE_0被燒寫(xiě)，便從閃存地址0x0讀取第 一次啟動(dòng)時(shí)保存的secure digest和隨機(jī)數(shù)IV。硬件利用efuse中的安全密鑰、隨機(jī)數(shù)IV與當(dāng)前的Bootloader鏡像計(jì)算當(dāng)前的secure digest，對(duì)比兩者。若不同，立即終止啟動(dòng)；若相同，則執(zhí)行軟件Bootloader。
軟件Bootloader驗(yàn)證：軟件Bootloader讀取自身鏡像中保存的公鑰，對(duì)閃存中的分區(qū)表和應(yīng)用鏡像的簽名進(jìn)行驗(yàn)證。只有驗(yàn)證成功，才會(huì)引導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)入應(yīng)用代碼執(zhí)行階段。
三、注意事項(xiàng)
Bootloader燒寫(xiě)限制：正常使用場(chǎng)景下，Bootloader鏡像通常只允許燒寫(xiě)一次，這是為防止攻擊者通過(guò)重新燒寫(xiě)B(tài)ootloader來(lái)繞過(guò)后續(xù)鏡像驗(yàn)證，破壞安全啟動(dòng)機(jī)制。若有特殊需求需重復(fù)燒寫(xiě)B(tài)ootloader，務(wù)必采用嚴(yán)格的安全措施，如對(duì)生成的安全密鑰進(jìn)行嚴(yán)密保護(hù)。
密鑰安全：私鑰和安全啟動(dòng)密鑰的安全至關(guān)重要。任何一方泄露都可能導(dǎo)致安全啟動(dòng)機(jī)制失效，使得惡意軟件有機(jī)可乘。
OTA升級(jí)考慮：針對(duì)OTA（空中下載技術(shù)）升級(jí)的鏡像，必須使用私鑰進(jìn)行簽名。在OTA過(guò)程中，系統(tǒng)會(huì)運(yùn)用公鑰對(duì)升級(jí)鏡像進(jìn)行簽名驗(yàn)證，確保升級(jí)內(nèi)容的安全性和完整性。
安全啟動(dòng)是充電樁嵌入式系統(tǒng)安全的重要防線，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿荑€管理、規(guī)范的編譯簽名流程以及嚴(yán)格的啟動(dòng)驗(yàn)證機(jī)制，能夠有效提升充電樁系統(tǒng)的安全性，保障其穩(wěn)定可靠運(yùn)行，為用戶提供安全的充電服務(wù)。