一文简单了解RPMB

不知道大家对于RPMB有所了解吗？最近在看这些存储介质的介绍的时候，在推荐里面看到了这个东西，又因为对安全本身就有所涉及学习。所以这里来看看这个东西。

学习的内容都是来自前辈们的blog，会在文末附注。

1、Flash是什么？

关于存储的种类有很多种，这里看一下前辈归纳的图片：（详细可以点击链接查看）

这里就不展开了，主要看一下flash，flash分为nor flash和nand falsh。

nor flash ：NOR Flash的读取和我们常见的SDRAM的读取是一样，用户可以直接运行装载在NOR FLASH里面的代码，这样可以减少SRAM的容量从而节约了成本。

nand falsh：NAND Flash没有采取内存的随机读取技术，它的读取是以一次读取一块的形式来进行的，通常是一次读取512个字节，采用这种技术的Flash比较廉价。用户不能直接运行NAND Flash上的代码，因此好多使用NAND Flash的开发板除了使用NAND Flah以外，还作上了一块小的NOR Flash来运行启动代码。

而我们这里的主要关注点在 nand flash

2、eMMC和nand flash的关系

1、NAND Flash 是一种存储介质，要在上面读写数据，外部要加主控和电路设计。

2、eMMC是NAND flash+主控IC ，对外的接口协议与SD、TF卡类似；对厂家而言简化了电路设计，降低了成本。

3、使用emmc的好处是，除了得到大容量的空间（这一点，只用NAND FLASH多堆叠也可以做到），还有就是emmc可以管理NAND （坏块处理，ECC)等。

eMMC=Nand Flash+控制器+标准封装

3、RPMB与eMMC的关系

这下来看看emmc的分区

1. BOOT Area Partition 1 & 2

此分区主要是为了支持从 eMMC 启动系统而设计的。
该分区的数据，在 eMMC 上电后，可以通过很简单的协议就可以读取出来。同时，大部分的 SOC 都可以通过 GPIO 或者 FUSE 的配置，让 ROM 代码在上电后，将 eMMC BOOT 分区的内容加载到 SOC 内部的 SRAM 中执行。

2 RPMB Partition（我们的关注点）

RPMB 是 Replay Protected Memory Block的简称，它通过 HMAC SHA-256 和 Write Counter 来保证保存在 RPMB 内部的数据不被非法篡改。
在实际应用中，RPMB 分区通常用来保存安全相关的数据，例如指纹数据、安全支付相关的密钥等。

3 General Purpose Partition 1～4

此区域则主要用于存储系统或者用户数据。 General Purpose Partition 在芯片出厂时，通常是不存在的，需要主动进行配置后，才会存在。

4 User Data Area
此区域则主要用于存储系统和用户数据。
User Data Area 通常会进行再分区，例如 Android 系统中，通常在此区域分出 boot、system、userdata 等分区。

如果对于这个eMMC感兴趣的可以看看这篇文章–>eMMC之分区管理、总线协议和工作模式

这是一个大致的分区，下面来重点看看我们的关注点RPMB分区。

4、RPMB是什么？

上面我们知道了RPMB（Replay Protected Memory Block）Partition 是 eMMC 中的一个具有安全特性的分区。

eMMC 在写入数据到 RPMB 时，会校验数据的合法性，只有指定的 Host 才能够写入，

同时在读数据时，也提供了签名机制，保证 Host 读取到的数据是 RPMB 内部数据，而不是攻击者伪造的数据。

RPMB 在实际应用中，通常用于存储一些有防止非法篡改需求的数据，例如手机上指纹支付相关的公钥、序列号等。

RPMB 可以对写入操作进行鉴权，但是读取并不需要鉴权，任何人都可以进行读取的操作，因此存储到 RPMB 的数据通常会进行加密后再存储。

下面来看看其工作流程：数据的读写

4.1 RPMB 数据读取

1、 Host 向 eMMC 发起读 RPMB 的请求，同时生成一个 16 bytes 的随机数，发送给 eMMC。

2、 eMMC 将请求的数据从 RPMB 中读出，并使用 Secure Key 通过 HMAC SHA-256 算法，计算读取到的数据和接收到的随机数拼接到一起后的签名。然后，eMMC 将读取到的数据、接收到的随机数、计算得到的签名一并发送给 Host。

3、 Host 接收到 RPMB 的数据、随机数以及签名后，首先比较随机数是否与自己发送的一致，如果一致，再用同样的 Secure Key 通过 HMAC SHA-256 算法对数据和随机数组合到一起进行签名，如果签名与 eMMC 发送的签名是一致的，那么就可以确定该数据是从 RPMB 中读取到的正确数据，而不是攻击者伪造的数据。

（因为伪造者就算得到了随机数，但是没有Secure Key，也无法伪造出对应的签名）

通过上述的读取流程，可以保证 Host 正确的读取到 RPMB 的数据。

4.2 RPMB 数据写入

Host 按照上面的读数据流程，读取 RPMB 的 Write Counter。

Host 将需要写入的数据和 Write Counter 拼接到一起并计算签名，然后将数据、Write Counter 以及签名一并发给 eMMC。
eMMC 接收到数据后，先对比 Write Counter 是否与当前的值相同，如果相同那么再对数据和 Write Counter 的组合进行签名，然后和 Host 发送过来的签名进行比较，如果签名相同则鉴权通过，将数据写入到 RPMB 中。

（这里如果发送的东西被截取到了，是不是就可以伪装host发生信息，nonono，首先这里有两个部分，一是secure key，二是 Write Counter。secure key这个肯定你知道，做签名用的。其次就是这个 Write Counter，下面来详细讲一下）

4.3 Write Counter–Replay Protect 原理

使用 eMMC 的产品，在产线生产时，会为每一个产品生产一个唯一的 256 bits 的 Secure Key，烧写到 eMMC 的 OTP 区域（只能烧写一次的区域），同时 Host 在安全区域中（例如：TEE）也会保留该 Secure Key。

在 eMMC 内部，还有一个RPMB Write Counter。RPMB 每进行一次合法的写入操作时，Write Counter 就会自动加一 。

通过 Secure Key 和 Write Counter 的应用，RMPB 可以实现数据读取和写入的 Replay Protect。

因为每次成功写入后Write Counter就加一了，那么就算你截取到了我的消息，你知道不能伪装我写入fake数据，你就想搞破快，不断的将截取道德数据发给RPMB，但是因为截取到的信息写入成功后，Write Counter加一了，因此这个时候你想搞重复写的破坏行为会在RPMB阶段给拒绝掉。

4.4 RPMB的大小

两个 RPMB Partition 的大小是由 Extended CSD register 的 BOOT_SIZE_MULT Field 决定，大小的计算公式如下：

Size = 128Kbytes x BOOT_SIZE_MULT

一般情况下，Boot Area Partition 的大小是128KB的倍数，EMMC中默认为 4 MB，即 RPMB_SIZE_MULT 为 32，部分芯片厂家会提供改写 RPMB_SIZE_MULT 的功能来改变 RPMB Partition 的容量大小。RPMB_SIZE_MULT 最大可以为 128，即 Boot Area Partition 的最大容量大小可以为 128 x 128 KB = 16384 KB = 16 MB。

小结：以上我们就大概知道了RPMB的相关知识。希望有所收获。感谢点赞关注啊！！！

参考链接：
https://www.zhihu.com/search?type=content&q=flash%E3%80%81ddr
https://blog.csdn.net/qilu0882/article/details/78135191
https://blog.csdn.net/u013686019/article/details/66472291