SemiDrive E3 Secure Debug 理論及驗證

關鍵字 :SemiDriveE3Debug

一. 概述

安全調試（Secure Debug）顧名思義就是調試接口可以被安全管理，可以通過管理，實現只允許合法調試者調試。

二、Secure Debug 理論

E3 的 Secure Debug 根據控制強度，基本分三種控制形式：

① 對於生命周期處於開發模式的晶片，默認使能調試接口；
② 對於生命周期處於量產模式的晶片，根據權限驗證開放調試接口，分為 BootROM 控制方式、JTAG Challenge/Response 機制；
③ 強制關閉調試：通過燒寫 efuse 的 JTAG_DISABLE bit 永久關閉調試口。

2.1 BootROM 控制方式

晶片上電默認先啟動 BootROM 程序（晶片啟動代碼，固化在晶片中），BootROM 根據 boot pin 的設置從 XSPI/eMMC/SD/UART/USB 等介質中獲取下級啟動鏡像，啟動鏡像的格式必須滿足 Boot Package 格式，然後根據 efuse 的配置情況對啟動鏡像進行安全啟動驗證，如果啟動鏡像合法驗證，系統將成功啟動鏡像，表現為程序可以正常啟動，具體安全啟動流程如下：

計算 BPT 中公鑰的 HASH（SHA256）並與 ROTPK1 中保存的 HASH 對比，如果兩者不一致，則啟動失敗；
使用 BPT 中的公鑰驗證 BPT 中存儲的簽名，如果簽名驗證失敗，則啟動失敗；
計算每個 core 鏡像 HASH，與保存在 BPT 中的 HASH 對比，如果不一致則啟動失敗；
上述都成功，則啟動 BPT 中所指定的 core 鏡像。

上述過程為常規 BootROM 驗證流程，雖然鏡像可以正常啟動，但在 Secure Debug 時，不代表可以正常打開調試口；若要開啟 Debug 調試口，需要將 .json 文件 ctrl 控制欄位設置成 0xffffffffffffffff，將 uuid 欄位設置成與 efuse DID 欄位一致（此欄位由用戶燒寫，注意大小端格式），此過程在 Secure Debug 中非必要過程，Secure Debug 可以不開啟 BootROM 驗證機制僅採用 JTAG Challenge/Response 機制，對 JTAG 口進行安全調試，詳細流程見下圖。

2.2 JTAG Challenge/Response 機制

通過燒寫 efuse SDBG_MODE 使能 JTAG Challenge/Response機制，將debugkey 燒寫至efuse“e3/SEC_DBG_CFG/0-63bit”, 同時燒寫相應的 Lock bit（Lock後軟體無法讀取該密鑰），如果使能了SecureJTAG，只有使用JTAG Challenge/Response機制通過 JTAG 工具提供該密鑰，驗證成功後打開調試接口，詳細流程見下圖。

2.3 Fuse Disable 機制

通過燒寫 efuse 中 JTAG_DISABLE bit 位實現，燒寫完之後將無法逆轉,並且 JTAG_DISABLE 的控制位擁有最高優先級，disable 後將永久無法開啟 JTAG 調試口。

三、Secure Debug 驗證過程

3.1 燒寫 efuse 驗證

3.1.1 生成PAC包

更改 json 腳本，ctrl 欄位為：0xffffffffffffffff，uuid 欄位對應 efuse DID 一致，通過 CMD 命令行打包成 PAC 包，並將 PAC 包燒寫進 Flash，燒寫完固件之後，撥碼到 0000 斷電重啟，確認固件是否正常啟動。

3.1.2 燒寫 efuse

① 燒寫公鑰 Hash，執行打包指令時，在 log 區會輸出 HASH of Root Cert dump 為公鑰 hash，保存並燒寫到 efuse -> ROTPK1，具體見下圖；

② 燒寫 DID，需要與生成 PAC 的 JSON 腳本中的 uuid 欄位對應，注意大小端對應關係

③ 燒寫 PROD位，將開啟 production 模式，在這個模式下，晶片將無法再被隨意燒寫，也無法隨意連接調試器（只能通過 USB 口進行 PAC 燒寫，燒寫/讀取 efuse）

④ 燒寫 DebugKey

⑤ 燒寫 SDBG_MODE 位，開啟 Secure Debug 後，板卡上的 JTAG 口被保護，只能通過輸入密碼的方式重新打開 JTAG 口，（此時雖然 JTAG 口被保護，使用 SDFuseTool 工具以無法通過JTAG 鏈路鏈接，僅能通過 USB 鏈路方式可以讀取或燒寫efuse）

⑥ Lock密鑰

Bank 後面的序號用於與 LockBank 的序號相對應，即 BankX 的鎖對應 SafeLockBankX 及APLockBankX；
Bank 中標識含 [D] 的 fuse 項支持單 bit 從 0 到 1 的修改，沒包含此標誌的表示的是 ECC 保護功能，僅支持以 WORD 為單位的一次性寫入，不支持單 bit 改寫
LockBank 中的 HLock、OLock、RLock、Plock 含義
- PLock：置 1 後將不能無法燒寫對應 Bank 的 Fuse 內容；
- RLock：置 1 後軟體將無法讀取對應 Bank 的 Fuse 內容；
- OLock：置 1 後無法修改對應 Bank 的 Fuse 的 shadow register 內容；
- HLock：置 1 後硬體讀取對應 Bank 的 Fuse 內容均為 0；