虚拟机Secure Boot安全启动

概述

Secure Boot 作为 UEFI 的一个选项，它可以被设置为开启或关闭。 Secure Boot 所需要的公钥证书被保存在计算机的主板的 FLASH 里面，FLASH 里面保存着 PK ， KEK， db， dbx 的证书链。下面我们在虚拟机中使能Secure Boot功能，可以在虚拟机中实验，这样比较安全。

工具

以下工具是必不可少的：

openssl
efitools
sbsigntools

在有些系统上 efitools 和 sbsigntools 无法直接获取，请从源码包编译，其中efitools依赖 sbsigntools。

yum install -y perl-File-Slurp.noarch
git clone https://gitee.com/mirrors_kernel_googlesource/efitools.git
git clone https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/jejb/sbsigntools.git/

在用源代码编译 efitools 时，需要 Perl 的一个模块，名字为 File Slurp，上面的命令安装该 module。

步骤

这里简要介绍 PK，KEK，db，dbx 和 MOK 的概念。

Platform Key （PK） － PK 是用于在硬件平台层和硬件平台拥有者建立起的信任关系 ，规定一个硬件平台只能被一个拥有者所拥有，即 PK 只能存在一个 ，与拥有者相关的公钥被存储在 FLASH 里面的 PK 变量里面，同时，拥有者的私钥可以来对 PK， KEK， db， dbx 进行签名和管理。

Key Exchange Key (KEK) － KEK 是用于在硬件平台和操作系统之间建立信任关系 ，KEK 的公钥可以在主板的 FLASH 存在多个不同项，即 KEK 可以存在多个 ，每一项对应一种可以被启动的操作系统，同样，KEK 的私钥可以来对 db， dbx 进行签名和管理。

Database (db) － db 是用于对 被许可的 EFI 文件予以加载的数据签名库 ，和 KEK 一样， db 的公钥可以存在很多项 。（在 UEFI 平台里面，操作系统加载文件就是一个 EFI 文件）

Database Excluded (dbx) - dbx 是一个 黑名单数据签名库 ，只要谁的 EFI 签名在这，谁就被屏蔽掉， dbx 的公钥也可以存在很多项 。后面不会使用这个。

下面主要是有两种方式将证书更新到 flash 中，一种通过 efivar 方式，另外一种是通过 BIOS 图形界面，前者需要创建EFI list 文件，之后可以通过命令行自动化操作；而后者需要的证书文件较少，但是需要通过图形界面进行操作。

自动化导入证书

建立 PK，KEK，db 密钥对，同时还需要创建EFI list。

建立密钥对

openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=Platform Key/" -keyout PK.key -out PK.crt -days 3650 -nodes -sha256

上面的 -subj 的参数可以自己设置，参数 -days 是密钥的有效期，这里设置为 10 年，也可以设置为其他，生成私钥 PK.key，公钥 PK.crt。

同理，KEK 和 db 亦是如此：

openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=Key Exchange Key/" -keyout KEK.key -out KEK.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=Database/" -keyout db.key -out db.crt -days 3650 -nodes -sha256

建立 EFI List 文件
EFI List 文件其实就是公钥配以平台拥有者的 GUID 的文件，所以这里我们需要有一个GUID，可以通过uuidgen 生成。

guid=$(uuidgen)
cert-to-efi-sig-list -g $(cat guid) PK.crt PK.esl
cert-to-efi-sig-list -g $(cat guid) KEK.crt KEK.esl
cert-to-efi-sig-list -g $(cat guid) db.crt db.esl

这样三个公钥就全变成 List 文件了。

给 List 文件签名

sign-efi-sig-list -k PK.key -c PK.crt PK PK.esl PK.esl.signed
sign-efi-sig-list -k PK.key -c PK.crt KEK realKEK.esl realKEK.esl.signed
sign-efi-sig-list -k KEK.key -c KEK.crt db realDB.esl realDB.esl.signed

上述中，平台的 Key 权限最高，可以对 PK 本身，和 KEK 签名，KEK 是建立操作系统和硬件平台之间的信任关系，它只用于对于 db 进行签名。

完整的脚本:

#!/bin/bashecho -n "请输入一个通用名，比如公司名称或个人名字: "read NAME

openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME PK/" -keyout PK.key \
        -out PK.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME KEK/" -keyout KEK.key \
        -out KEK.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME DB/" -keyout DB.key \
        -out DB.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl x509 -in PK.crt -out PK.cer -outform DER
openssl x509 -in KEK.crt -out KEK.cer -outform DER
openssl x509 -in DB.crt -out DB.cer -outform DER

echo$(uuidgen)> myGUID.txt

cert-to-efi-sig-list -g $GUID PK.crt PK.esl
cert-to-efi-sig-list -g $GUID KEK.crt KEK.esl
cert-to-efi-sig-list -g $GUID DB.crt DB.esl
rm -f noPK.esl
touch noPK.esl

sign-efi-sig-list -t "$(date --date='1 second' +'%Y-%m-%d %H:%M:%S')"\
                  -k PK.key -c PK.crt PK PK.esl PK.auth
sign-efi-sig-list -t "$(date --date='1 second' +'%Y-%m-%d %H:%M:%S')"\
                  -k PK.key -c PK.crt PK noPK.esl noPK.auth
sign-efi-sig-list -t "$(date --date='1 second' +'%Y-%m-%d %H:%M:%S')"\
                  -k PK.key -c PK.crt KEK KEK.esl KEK.auth
sign-efi-sig-list -t "$(date --date='1 second' +'%Y-%m-%d %H:%M:%S')"\
                  -k KEK.key -c KEK.crt db DB.esl DB.auth
echo""echo"For use with KeyTool, copy the *.auth and *.esl files to a FAT USB"echo"flash drive or to your EFI System Partition (ESP)."echo"For use with most UEFIs' built-in key managers, copy the *.cer files."echo""

更新到虚拟机的证书列表中
通过写入 efivars 的方式更新到 flash 中，首先必须保证系统的 efivarfs 被正确挂载，ls 一下 /sys/firmware/efi/efivars/ 是否存在文件，否则需要手动挂载：

# mount -t efivarfs efivarfs /sys/firmware/efi/efivars/

再把那三个签过名的 List 文件写入主板：

# efi-updatevar -f PK.esl.signed PK
# efi-updatevar -f realKEK.esl.signed KEK
# efi-updatevar -f realDB.esl.signed db

图形界面导入证书

图形化导入证书只识别后缀名为

 .crt, .der , .cer

的证书，但是编码方式需要是 DER，所以需要对证书进行一次转换。

openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME PK/" -keyout PK.key \
        -out PK.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME KEK/" -keyout KEK.key \
        -out KEK.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl req -new -x509 -newkey rsa:2048 -subj "/CN=$NAME DB/" -keyout DB.key \
        -out DB.crt -days 3650 -nodes -sha256
openssl x509 -in PK.crt -out PK.cer -outform DER
openssl x509 -in KEK.crt -out KEK.cer -outform DER
openssl x509 -in DB.crt -out DB.cer -outform DER

之后将证书拷贝到磁盘中，在虚拟化中可以将宿主机文件镜像以磁盘的形式呈现给虚拟机，我们这里使用单独的一个文件镜像来存储证书。

ddof=data.img if='/dev/zero'bs=1M count=16
mkfs.vfat -I data.img
mkdir mnt
mount data.img mnt
cp -a /path/to/certificates/* mnt
umount mnt/
rm -rf mnt

将文件镜像添加到虚拟机磁盘列表，可以通过virt-manager或者配置文件。

图形化导入证书

1. 在启动过程中进入启动菜单，选择Security， 这个菜单可能出现的位置稍有不同。
2. 进入Secure Boot Configuration 之后，选择Secure Boot Mode中的Custom Mode, 会多出来一个菜单
3. 进入Custom Secure Boot Options 中进行证书导入
4. 选择导入PK
5. 选择证书文件
6. 导入证书，将证书存储到flash中 其他两个KEK 和 DB 可以导入也可以选择不导入，但是PK 是必须的。 在之后会提示你需要重启来使刚才的证书和配置生效，此时如果没有对grub 进行签名，需要暂时禁掉 Secure Boot功能。

给二进制的 EFI 文件签名

这是密钥管理和签名的最后一步，给 grub 的 EFI 文件签名：

sbsign --key db.key --cert db.crt --output grubx64.efi.signed /boot/efi/EFI/BOOT/grub64.efi

可以不用给内核 vmlinuz 签名，毕竟 vmlinuz 不是硬件平台的启动 EFI 文件，不过给内核签名也没什么影响，如果想给内核签名类似于给 grub 签名，用 私钥 db.key 及对应的公钥 db.crt 对其签名，这里用的 db 是那个自己创建的 db ，即没有合并微软 db 的那个，合并了微软 db 的是 realDB 。
现在vmlinuz基本都需要支持 EFI 启动，即生成vmlinuz.efi 作为一个EFI应用直接启动，绕过了grub，这种方式下需要使用同样的方式对其进行签名。

sbsign --key db.key --cert db.crt --output vmlinuz.efi.signed vmlinuz.efi

重启系统

重启之后在BIOS中开启Secure Boot 选项，然后一切应该正常了。。。