Arch Linux 使用安全启动

方案分析

安全启动的实现有两种方法，使用自签名安全证书以及使用经认证的第三方 (微软)证书，下表简单对比了这两种方法的优劣。

第三方签名

这意味着需要使用微软的证书来给引导器签名，或者使用微软签名过的特殊引导器来引导 Bootloader 。

显然我们没法用微软的私钥签名，但是我们可以给我们的引导器套一个微软的壳。

Archwiki¹ 介绍了两个来自微软的小工具：Preloader 和 shim 。但是，不管用哪个工具都有很大的局限性。

更新系统时繁琐的重签名工作、无法链式启动其他 EFI 工具的致命缺陷让它的功能变得非常的鸡肋。

个人认为这种方法仅适用于需要多设备使用以及不会对 Kernel 和 Bootloader 更新的场景。比如什么电脑都会插的急救盘、自构建的安装盘等。

自建签名

这种方法通用性更强。首次配置较为复杂，但后续的更新维护完全可以实现自动化。只要保留自建签名的私钥，也可以实现在多台设备上复用。

创建自签名证书

1. 安装 efitools

   几乎所有的以下部分需要你安装的 efitools 包。

2. 生成所有者标识 UUID

   uuidgen --random> GUID.txt
   

   Bash

3. 生成平台密钥 (PK)

   openssl req -newkey rsa:4096 -nodes -keyout PK.key -new -x509 -sha256 -days 3650 -subj "/CN=my Platform Key/" -out PK.crt
   openssl x509 -outform DER -in PK.crt -out PK.cer
   cert-to-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" PK.crt PK.esl
   sign-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" -k PK.key -c PK.crt PK PK.esl PK.auth
   

   Bash

4. 在“用户模式”下，签名一个空文件以允许删除平台密钥

   sign-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" -c PK.crt -k PK.key PK /dev/null rm_PK.auth
   

   Bash

5. 生成密钥交换密钥 (KEK)

   openssl req -newkey rsa:4096 -nodes -keyout KEK.key -new -x509 -sha256 -days 3650 -subj "/CN=my Key Exchange Key/" -out KEK.crt
   openssl x509 -outform DER -in KEK.crt -out KEK.cer
   cert-to-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" KEK.crt KEK.esl
   sign-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" -k PK.key -c PK.crt KEK KEK.esl KEK.auth
   

   Bash

6. 生成签名数据库密钥 (db)

   openssl req -newkey rsa:4096 -nodes -keyout db.key -new -x509 -sha256 -days 3650 -subj "/CN=my Signature Database key/" -out db.crt
   openssl x509 -outform DER -in db.crt -out db.cer
   cert-to-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" db.crt db.esl
   sign-efi-sig-list -g "$(< GUID.txt)" -k KEK.key -c KEK.crt db db.esl db.auth
   

   Bash

这部分也可以使用辅助脚本²。

操作完成后，一份安全启动需要的自签名证书就完成了。

在固件中注册证书

1. 清除 BIOS 原有的密钥数据库，使其进入设置模式

2. 注册密钥。这里有三种方法，各不相同，其中第三种方法最保险，可以通用

   • 使用 sbkeysync³ 工具

   可能会卡在最后一步注册 PK 文件的时候报错失败。

   • 使用 BIOS 自带工具

     不是所有 BIOS 都带有这个功能，没有就是没有。自行探索，不再赘述。

   • 使用 KeyTool

     1. 使用自签证书签名 KeyTool 的执行程序，让它在设置模式下能够被引导

        使用 ROOT 权限执行

        sbsign --key db.key --cert db.crt --output ${ESP}/KeyTool-signed.efi /usr/share/efitools/efi/KeyTool.efi
        

        Bash

        esp 处替换为自己的 BOOT 分区路径。

     2. 将之前制作好的 PK, KEK, db 文件复制到 BOOT 分区中

     3. 重启并引导签名后的 KeyTool

        可以提前添加到启动项也可以使用 Bootloader 的命令行，这里示范使用 GRUB 命令行

        search --no-floppy --set=root --file /EFI/KeyTool-signed.efi
        chainloader /EFI/KeyTool-signed.efi
        boot
        

        Bash

     4. 根据图形化界面的指引导入各个数据库

签名已有 EFI 引导器和内核

使用 sbsign 签名内核和启动管理器。

用 ROOT 权限执行：

sbsign --key db.key --cert db.crt --output /boot/vmlinuz-linux /boot/vmlinuz-linux
sbsign --key db.key --cert db.crt --output esp/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI esp/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

也可以顺便签名一下 EFI 文件夹里所有的 EFI 文件。

部署全自动签名 hook

ArchWiki⁴ 介绍了两种方法，手动配置 pacman hook 和使用自动化程序。

合并微软签名

可以将微软的公钥并入自己的数据库中，让自签证书兼容 Windows 和 Windows 启动盘的安全启动。

此处参考 ArchWiki⁵ 。

完成之后重启电脑。进入系统后可通过 bootctl status 查看安全启动是否设置成功。

至此，安全启动就设置完成了。