SYSTEMD-STUB(7)

BEZEICHNUNG
systemd-stub, sd-stub, linuxx64.efi.stub, linuxia32.efi.stub, linuxaa64.efi.stub - Ein einfacher UEFI-Kernel-Systemstartrumpf

ÜBERSICHT

/usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub

/usr/lib/systemd/boot/efi/linuxia32.efi.stub

/usr/lib/systemd/boot/efi/linuxaa64.efi.stub

ESP/.../foo.efi.extra.d/*.cred

ESP/.../foo.efi.extra.d/*.raw

ESP/loader/credentials/*.cred

BESCHREIBUNG

systemd-stub (gespeichert auf Platte in den architekturabhängigen Dateien linuxx64.efi.stub, linuxia32.efi.stub, linuxaa64.efi.stub) ist ein einfacher UEFI-Systemstartrumpf. Ein UEFI-Systemstartrumpf ist ein Stück Code, das an ein Linux-Kernel-Programmabbild angehängt wird und in der UEFI-Firmwareumgebung ausgeführt wird, bevor in die Linux-Kernelumgebung übergewechselt wird. Der UEFI-Systemstartrumpf stellt sicher, dass ein Linux-Kernel als reguläres UEFI-Programm ausgeführt wird. Er ist in der Lage, verschiedene vorbereitende Aktionen durchzuführen, bevor das System in die Linux-Welt umgeschaltet wird.

Der UEFI-Systemstartrumpf schaut innerhalb des UEFI-PE-Programms selbst nach verschiedenen Ressourcen für den Kernelaufruf. Dies ermöglicht die Kombination verschiedener Ressourcen innerhalb eines einzigen PE-Programmabbilds (das normalerweise »Unified Kernel Image« (vereinigtes Kernelabbild oder kurz »UKI«) genannt wird), welches dann selbst wieder über UEFI SecureBoot als ganzes signiert werden kann, und damit alle einzelnen Ressourcen auf einmal abdeckt. Insbesondere kann er folgendes enthalten:

    • Nach dem ELF-Linux-Kernelabbild wird im PE-Abschnitt ».linux« des ausführbaren Abbilds gesucht.

    • Betriebssystemveröffentlichungsinformationen, d.h. die Datei os-release(5) des Betriebssystems, zu dem der Kernel gehört, im Abschnitt ».osrel«.

    • Die Initrd wird aus dem PE-Abschnitt ».initrd« geladen.

    • Nach dem kompilierten binären DeviceTree wird im PE-Abschnitt ».dtb« gesucht.

    • Nach der an den aufgerufenen Kernel zu übergebenen Kernelbefehlszeile wird im PE-Abschnitt ».cmdline« gesucht.

    • Nach der vor Aufruf des Kernels anzuzeigenden Systemstartgraphik (im Windows-.BMP-Format) wird im PE-Abschnitt »&.splash« gesucht.

    • Eine Gruppe kryptographischer Signaturen im JSON-Format für die erwarteten TPM2-PCR-Werte, wenn dieser Kernel gestartet wird, im Abschnitt ».pcrsig«. Dies ist zur Implementierung von TPM2-Richtlinien nützlich, die Plattenverschlüsselung und ähnliches an Kernel binden, die mit einem bestimmten Schlüssel signiert wurden.

    • Ein Richtlinien-Schlüssel im PEM-Format, der auf diese TPM2-PCR-Signaturdaten im Abschnitt ».pcrpkey« passt.

Falls UEFI-SecureBoot aktiviert und der Abschnitt ».cmdline« in dem ausgeführten Abbild vorhanden ist, werden alle Versuche, die Kernelbefehlszeile durch Übergabe anderer Aufrufparameter an das EFI-Programm außer Kraft zu setzen, ignoriert. Um daher die Außerkraftsetzung der Kernelbefehlszeile zu erlauben, deaktivieren Sie entweder UEFI-SecureBoot oder nehmen Sie keine Kernelbefehlszeile in den PE-Abschnitt in der Kernelabbilddatei auf. Falls eine Befehlszeile über EFI-Aufrufparameter an das EFI-Programm akzeptiert wird, dann wird sie in TPM PCR 12 eingemessen (falls ein TPM vorhanden ist).

Falls in dem Abschnitt ».dtb« ein DeviceTree eingebettet ist, ersetzt er einen bestehenden DeviceTree in der entsprechenden EFI-Konfigurationstabelle. Systemd-stub wird die Firmware über das »EFI_DT_FIXUP_PROTOCOL« nach hardwarespezifischen Korrekturen für den DeviceTree befragen.

Der Inhalt der sieben dieser acht PE-Abschnitte wird in TPM PCR 11 eingemessen, der anderweitig nicht verwandt wird. Daher kann er ohne großen Aufwand vorberechnet werden. Der Abschnitt »&.pcrsig« wird in diese Messung nicht eingeschlossen, da er dazu gedacht ist, die Signaturen der erwarteten Ergebnisse für diese Messungen zu enthalten, d.h. die Ausgaben dieser Messaktion und kann daher nicht gleichzeitig deren Eingabe sein.

Wenn ».pcrsig« und/oder ».pcrpkey« in einem vereinigten Kernelabbild vorhanden sind, werden ihre Inhalte an den gestarteten Kernel in einem synthetisierten Initrd-CPIO-Archiv übergeben, das sie unter den Dateien .extra/tpm2-pcr-signature.json und /.extra/tpm2-pcr-public-key.pem ablegt. Typischerweise stellt eine tmpfiles.d(5)-Zeile dann sicher, das sie nach /run/systemd/tpm2-pcr-signature.json und /run/systemd/tpm2-pcr-public-key.pem kopiert werden, wo sie zugreifbar bleiben, auch nachdem das System aus der Initrd-Umgebung in das Dateisystem des Rechners übergegangen ist. Werkzeuge wie systemd-cryptsetup@.service(8), systemd-cryptenroll(1) und systemd-creds(1) werden diese Dateien unterhalb dieser Pfade automatisch verwenden, um geschützte Ressourcen (verschlüsselte Dateisysteme oder Zugangsberechtigungen) zu entsperren oder Verschlüsselungen an gestartete Kernel zu binden.

BEGLEITDATEIEN

Der UEFI-Systemstartrumpf systemd-stub sammelt automatisch zwei Arten von zusätzlichen Hilfs-Begleitdateien, die optional in den Ergänzungsverzeichnissen auf der gleichen Partition wie das EFI-Programm abgelegt werden, erstellt ein cpio-Initrd-Archiv daraus und übergibt sie an den Kernel. Konkret:

    • Für ein Kernelprogramm namens foo.efi wird nach Dateien mit der Endung .cred in einem Verzeichnis namens foo.efi.extra.d/ daneben gesucht. Von auf diese Art gefundenen Dateien wird ein cpio-Archiv erstellt und sie werden im Verzeichnis /.extra/credentials/ in der Initrd-Dateihierarchie abgelegt. Die Haupt-Initrd kann dann auf sie in dem Verzeichnis zugreifen. Dies ist dazu gedacht, zusätzliche, verschlüsselte, authentifizierte Zugangsberechtigungen zum Einsatz mit LoadCredentialEncrypted= in der UEFI-Systempartition zu speichern. Siehe systemd.exec(5) und systemd-creds(1) für Details über verschlüsselte Zugangsberechtigungen. Das erstellte cpio wird in TPM PCR 12 eingemessen (falls ein TPM vorhanden ist).

    • Ähnlich werden foo.efi.extra.d/*.raw-Dateien in einem cpio-Archiv gepackt und im Verzeichnis /.extra/sysext/ in der Initrd-Dateihierarchie abgelegt. Dies ist zur Übergabe zusätzlicher Systemerweiterungsabbilder an die Initrd gedacht. Siehe systemd-sysext(8) für Details über Systemerweiterungsabbilder. Das erstellte cpio, das diese Systemerweiterungsabbilder enthält, wird in TPM PCR 13 eingemessen (falls ein TPM vorhanden ist).

    • /loader/credentials/*.cred-Dateien werden in ein cpio-Archiv gepackt und im Verzeichnis /.extra/global_credentials/ der Initrd-Dateihierarchie abgelegt. Dies ist zur Übergabe zusätzlicher Zugangsberechtigungen an die Initrd gedacht, unabhängig von dem gestarteten Kernel. Das erstellte cpio wird in TPM PCR 12 eingemessen (falls ein TPM vorhanden ist).

Diese Mechanismen können zum Parametrisieren und Erweitern vertrauenswürdiger (d.h. signierter), unveränderbarer Initrd-Abbilder auf eine recht sichere Art und Weise verwandt werden: alle in ihnen erhaltene Daten werden in TPM PCRs eingemessen. Beim Zugriff sollten sie weiter validiert werden: Im Falle der Zugangsberechtigungen durch Entschlüsselung/Authentifizierung mittels TPM, wie das über systemd-creds encrypt -T (siehe systemd-creds(1) für Details) offengelegt wird; im Falle der Systemerweiterungsabbilder mittels signierter Verity-Abbilder.

TPM-PCR-HINWEISE

Beachten Sie, dass beim Aufruf eines vereinigten Kernels mittels systemd-stub die Firmware ihn als ganzes in TPM PCR 4 einmessen wird und dabei alle eingebetteten Ressourcen wie den Stub-Code selbst, den Kernelkern, die eingebettete Initrd und die Kernelbefehlszeile abdecken wird (die vollständige Liste finden Sie weiter oben).

Beachten Sie auch, dass der Linux-Kernel alle Initrds, die er empfängt, in TPM PCR 9 einmessen wird. Dies bedeutet, dass jede Art von Initrd zwei oder drei Mal gemessen wird: die im Kernel-Abbild eingebettete Initrd wird in PCR 4, PCR 9 und PCR 11 eingemessen; die aus den Zugangsberechtigungen synthetisierte Initrd wird sowohl in PCR 9 als auch in PCR 12 eingemessen; die aus den Systemerweiterungen synthetisierte Initrd wird sowohl in PCR 4 als auch PCR 9 eingemessen. Zusammenfassend können die Betriebssystemressourcen und die PCRs, in die sie eingemessen werden, wie folgt zusammengefasst werden:

Tabelle 1. Zusammenfassung von Betriebssystem-Ressourcen-PCR
Betriebssystemressource | Mess-PCR
Code von systemd-stub (der Einstiegspunkt für das vereinigte PE-Programm) | 4
Kern-Kernelcode (eingebettet in das vereinigte PE-Programm) | 4 + 11
Betriebssystemveröffentlichungsinformationen (eingebettet in das vereinigte PE-Programm) | 4 + 11
Haupt-Initrd (eingebettet in das vereinigte PE-Programm) | 4 + 9 + 11
Standard-Kernel-Befehlszeile (eingebettet in das vereinigte PE-Programm) | 4 + 11
Kernel-Befehlszeile außer Kraft setzen | 12
Startbild (eingebettet in das vereinigte PE-Programm) | 4 + 11
TPM2-PCR-Signatur-JSON (eingebettet in das vereinigte PE-Programm, synthetisiert in die Initrd) | 4 + 9
TPM2-PCR-PEM öffentlicher Schlüssel (eingebettet in das vereinigte PE-Programm, synthetisiert in die Initrd) | 4 + 9 + 11
Zugangsberechtigungen (synthetisierte Initrd aus Begleitdateien) | 9 + 12
Systemerweiterungen (synthetisierte Initrd aus Begleitdateien) | 9 + 13

EFI-VARIABLEN

Die folgenden EFI-Variablen werden unter der Lieferanten-UUID »4a67b082-0a4c-41cf-b6c7-440b29bb8c4f« für die Kommunikation zwischen dem Systemstartrumpf und dem Betriebssystem definiert, gesetzt und gelesen:

LoaderDevicePartUUID
    Enthält die Partitions-UUID der EFI-Systempartition von der das EFI-Abbild ausgeführt wurde. systemd-gpt-auto-generator(8) verwendet diese Information, um automatisch die Platte zu finden, von der gestartet wurde, um verschiedene andere Partitionen auf der gleichen Platte automatisch zu erkennen.

LoaderFirmwareInfo, LoaderFirmwareType
    Kurze Firmware-Informationen. Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.

LoaderImageIdentifier
    Der Pfad zum EFI-Programm, relativ zum Wurzelverzeichnis der EFI-Systempartition. Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.

StubInfo
    Kurze Rumpfinformationen. Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.

StubPcrKernelImage
    Der PCR-Registerindex, in das das Kernelabbild, Initrd-Abbild, der Startbildschirm, die Devicetree-Datenbank und die eingebettete Befehlszeile eingemessen werden, formattiert als dezimale ASCII-Zeichenkette (z.B. »11«). Diese Variable ist gesetzt, falls eine Messung erfolgreich abgeschlossen werden konnte und verbleibt ansonsten nicht gesetzt.

StubPcrKernelParameters
    Der PCR-Registerindex, in das die Kernelbefehlszeile und Zugangsberechtigungen eingemessen werden, formattiert als dezimale ASCII-Zeichenkette (z.B. »12«). Diese Variable ist gesetzt, falls eine Messung erfolgreich abgeschlossen werden konnte und verbleibt ansonsten nicht gesetzt.

StubPcrInitRDSysExts
    Der PCR-Registerindex, in dem sich die Systemd-Erweiterungen für die Initrd, die aus dem Dateisystem des Kernelabbildes aufgenommen werden, befinden. Formattiert als dezimale ASCII-Zeichenkette (z.B. »12«). Diese Variable ist gesetzt, falls eine Messung erfolgreich abgeschlossen werden konnte und verbleibt ansonsten nicht gesetzt.

Beachten Sie, dass einige der obigen Variablen auch durch das Systemstartprogramm gesetzt werden können. Der Rupmf wird sie nur setzen, falls sie nicht bereits gesetzt sind. Einige dieser Variablen werden durch die Boot-Loader-Schnittstelle[1] gesetzt.

INITRD-RESSOURCEN

Die folgenden Ressourcen werden als Initrd-CPIO-Archiv an den gestarteten Kernel übergeben und stellen daher die anfängliche Dateisystem-Hierarchie in der Initrd-Ausführungsumgebung dar:

/
    Die Haupt-Initrd aus dem PE-Abschnitt ».initrd« des vereinigten Kernelabbilds.

/.extra/credentials/*.cred
    Zugangsberechtigungsdateien (Endung ».cred«), die neben dem vereinigten Kernelabbild abgelegt sind (wie oben beschrieben), werden in das Verzeichnis /.extra/credentials/ in der Initrd-Ausführungsumgebung kopiert.

/.extra/global_credentials/*.cred
    Ähnlich werden Zugangsberechtigungsdateien im Verzeichnis /loader/credentials/ im Dateisystem, in dem das vereinigte Kernelabbild abgelegt ist, in das Verzeichnis /.extra/global_credentials/ in der Initrd-Ausführungsumgebung kopiert.

/.extra/sysext/*.raw
    Systemerweiterungsabbilddateien (Endung ».raw«), die neben dem vereinigten Kernelabbild abgelegt sind (wie oben beschrieben), werden in das Verzeichnis /.extra/sysext/ in der Initrd-Ausführungsumgebung kopiert.

/.extra/tpm2-pcr-signature.json
    Das TPM2-PCR-Signatur-JSON-Objekt, das in dem PE-Abschnitt ».pcrsig« des vereinigten Kernelabbildes enthalten ist, wird in die Datei /.extra/tpm2-pcr-signature.json in der Initrd-Ausführungsumgebung kopiert.

/.extra/tpm2-pcr-pkey.pem
    Der öffentliche PEM-Schlüssel, der in dem PE-Abschnitt ».pcrpkey« des vereinigten Kernelabbildes enthalten ist, wird in die Datei /.extra/tpm2-pcr-public-key.pem in der Initrd-Ausführungsumgebung kopiert.

Beachten Sie, dass sich alle diese Dateien in dem »tmpfs«-Dateisystem befinden, das der Kernel für die Initrd-Dateihierarchie einrichtet und daher verloren gehen, wenn das System von der Initrd-Ausführungsumgebung in das Dateisystem des Rechners übergeht. Falls diese Ressourcen über diesen Übergang hinweg erhalten werden sollen, müssen sie zuerst an einen Ort kopiert werden, der den Übergang übersteht, beispielsweise durch eine geeignete tmpfiles.d(5)-Zeile. Standardmäßig erfolgt dies für die TPM2-PCR-Signaturdatei und die Datei des öffentlichen Schlüssels.

ZUSAMMENBAU VON KERNELABBILDERN

Um ein UEFI-PE-Kernelabbild aus verschiedenen Komponenten wie oben beschrieben zusammenzubauen, verwenden Sie eine objcopy(1)-Befehlszeile wie folgt:

    objcopy \
        --add-section .osrel=os-release --change-section-vma .osrel=0x20000 \
        --add-section .cmdline=cmdline.txt --change-section-vma .cmdline=0x30000 \
        --add-section .dtb=devicetree.dtb --change-section-vma .dtb=0x40000 \
        --add-section .splash=splash.bmp --change-section-vma .splash=0x100000 \
        --add-section .linux=vmlinux --change-section-vma .linux=0x2000000 \
        --add-section .initrd=initrd.cpio --change-section-vma .initrd=0x3000000 \
        /usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub \
        foo-unsigned.efi

Beachten Sie, dass diese PE-Abschnittsversätze Beispielwerte sind und ein korrekt zusammengesetztes Abbild keine überlappenden Abschnitte enthalten darf (dies schließt bereits bestehende Abschnitte innerhalb des Rumpfs vor dem Zusammenbau ein) oder der Systemstart könnte fehlschlagen.

Dies erstellt eine ausführbare PE-Datei foo-unsigned.efi aus den sechs einzelnen Dateien für die Betriebssystemveröffentlichungsinformationen, Kernelbefehlszeile, Systemstartbild, Kernelabbild, Haupt-Initrd und dem UEFI-Systemstartrumpf.

Um das entstehende Abbild für UEFI SecureBoot zu signieren, verwenden Sie einen sbsign(1)-Befehl wie folgt:

    sbsign \
        --key mykey.pem \
        --cert mykey.crt \
        --output foo.efi \
        foo-unsigned.efi

Dies erwartet ein Paar aus einem privaten X.509-Schlüssel und Zertifikat als Parameter und signiert dann das von uns oben erstellte UEFI-PE-Programm für UEFI SecureBoot und erstellt als Ergebnis ein signiertes UEFI-PE-Programm.

Siehe systemd-measure(1) für ein Beispiel, das die Abschnitte ».pcrsig« und ».pcrpkey« betrifft.

SIEHE AUCH

systemd-boot(7), systemd.exec(5), systemd-creds(1), systemd-sysext(8), Systemladerspezifikation[2], Boot-Loader-Schnittstelle[1], objcopy(1), sbsign(1), systemd-measure(1)

ANMERKUNGEN

1.  Boot-Loader-Schnittstelle
    https://systemd.io/BOOT_LOADER_INTERFACE

2.  Systemladerspezifikation
    https://systemd.io/BOOT_LOADER_SPECIFICATION

ÜBERSETZUNG
Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Helge Kreutzmann <debian@helgefjell.de> erstellt.

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