增加 Android P 中的 AVB 校验.

Signed-off-by: ithink.chan <chenyang@autoai.com>
2020-02-10 10:10:52 +08:00 · 2020-02-10 10:10:52 +08:00 · 10d3b85f32
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@ -0,0 +1,330 @@
+# Android P 中的 AVB 校验
+
+avb 校验功能主要是由 external/avb/libavb 库实现的，该库主要完成的工作包括各个分区镜像的校验，签名验证，以及 vbmeta 数据的解析，包括了各种 flags 的处理以及 dm-verity 所需要的参数解析。avb 校验库的主入口为
+
+```cpp
+avb_slot_verify(AvbOps* ops,
+                const char* const* requested_partitions,
+                const char* ab_suffix,
+                AvbSlotVerifyFlags flags,
+                AvbHashtreeErrorMode hashtree_error_mode,
+                AvbSlotVerifyData** out_data)
+```
+
+以高通平台为例，avb 校验在一次启动过程中总共进行了两次，第一次是在 bootloader 中进行校验，通过上面的接口校验各个分区的根 hash 和签名。第二次是在上层 init 中进行的，这次校验也是调用相同的接口，可能个别传入的参数会有不同。
+
+之所以在 init 中再做一次的原因是什么呢？因为我们挂载分区和 dm-verity 相关的参数都在镜像的 vbmeta 结构中保存，因此可以使用该接口进行解析和挂载，但是该接口和校验功能是捆绑的，所以必须要再进行一次校验。不管是在 bootloader 还是在上层 init 中，所有校验都是从 vbmeta 分区开始，然后读取其中包含的各个分区的信息，然后依次循环读取并校验其他的各个分区，所有 vbmeta.img 中包含的分区都必须校验通过才认为是校验成功。
+
+## bootloader
+
+```cpp
+CONST CHAR8 *RequestedPartitionMission[] = {"boot", "dtbo", NULL};
+CONST CHAR8 *RequestedPartitionRecovery[] = {"recovery", "dtbo", NULL};
+
+if ((!Info->MultiSlotBoot) &&
+         Info->BootIntoRecovery) {
+   RequestedPartition = RequestedPartitionRecovery;
+   NumRequestedPartition = ARRAY_SIZE (RequestedPartitionRecovery) - 1;
+   if (Info->NumLoadedImages) {
+     /* fastboot boot option, skip Index 0, as boot image already
+      * loaded */
+     RequestedPartition = &RequestedPartitionRecovery[1];
+   }
+} else {
+   RequestedPartition = RequestedPartitionMission;
+   NumRequestedPartition = ARRAY_SIZE (RequestedPartitionMission) - 1;
+   if (Info->NumLoadedImages) {
+     /* fastboot boot option, skip Index 0, as boot image already
+      * loaded */
+     RequestedPartition = &RequestedPartitionMission[1];
+   }
+}
+
+if (Info->NumLoadedImages) {
+  NumRequestedPartition--;
+}
+
+if (FixedPcdGetBool (AllowEio)) {
+  VerityFlags = IsEnforcing () ? AVB_HASHTREE_ERROR_MODE_RESTART
+                               : AVB_HASHTREE_ERROR_MODE_EIO;
+} else {
+  VerityFlags = AVB_HASHTREE_ERROR_MODE_RESTART_AND_INVALIDATE;
+}
+
+Result = avb_slot_verify (Ops, RequestedPartition, SlotSuffix, VerifyFlags,
+                          VerityFlags, &SlotData);
+```
+
+avb 校验是所有分区都要进行校验的，这里传入的 RequestedPartition 并不代表要校验的分区，进一步跟进可以发现最终和 RequestedPartition 只会对 Hash descriptor 的解析有影响，其他类型的 descriptor 解析方法都是一样的。
+
+高通平台的 vbmeta.img 包含如下信息：
+
+```sh
+Minimum libavb version:   1.0
+
+ Header Block:             256 bytes
+
+ Authentication Block:     576 bytes
+
+ Auxiliary Block:          3456 bytes
+
+ Algorithm:                SHA256_RSA4096
+
+ Rollback Index:           0
+
+ Flags:                    0
+
+ Release String:           'avbtool 1.1.0'
+
+ Descriptors:
+
+     Chain Partition descriptor:
+
+       Partition Name:          system
+
+       Rollback Index Location: 2
+
+       Public key (sha1):       cdbb77177f731920bbe0a0f94f84d9038ae0617d
+
+     Chain Partition descriptor:
+
+       Partition Name:          recovery
+
+       Rollback Index Location: 1
+
+       Public key (sha1):       2597c218aae470a130f61162feaae70afd97f011
+
+     Hash descriptor:
+
+       Image Size:            35553280 bytes
+
+       Hash Algorithm:        sha256
+
+       Partition Name:        boot
+
+       Salt:                  baa1ce5d7db69d1b3943a78b5b142ae4d77b4ed60b9885c8661e845172b29a13
+
+       Digest:                ec7cb1ad89fed3104a03191434d5487b5b4acc78e6bfeb84d7178af40df7db75
+
+       Flags:                 0
+
+     Hashtree descriptor:
+
+       Version of dm-verity:  1
+
+       Image Size:            1056714752 bytes
+
+       Tree Offset:           1056714752
+
+       Tree Size:             8327168 bytes
+
+       Data Block Size:       4096 bytes
+
+       Hash Block Size:       4096 bytes
+
+       FEC num roots:         2
+
+       FEC offset:            1065041920
+
+       FEC size:              8421376 bytes
+
+       Hash Algorithm:        sha1
+
+       Partition Name:        vendor
+
+       Salt:                  abbf0829ed7bc08913b83f9a994a37ad2a85b5e9
+
+       Root Digest:           39a22a035ebff2d339dc682603adedb91da01374
+
+       Flags:                 0
+
+     Hash descriptor:
+
+       Image Size:            176641 bytes
+
+       Hash Algorithm:        sha256
+
+       Partition Name:        dtbo
+
+       Salt:                  386837807aa5a7d9cbe51e7f768009f4e5fca5190af4b3e856a7c96a96c33e0a
+
+       Digest:                dabdbe5be19c38a3428efd046182d215f8522ab7cd3804e84f196fe73e9052f7
+
+       Flags:                 0
+```
+
+因此受到影响的只有 boot/dtbo/recovery，recovery 这里是 Chain Partition descriptor，但是解析 recovery.img 发现它校验数据也是生成的 Hash，而不是 Hashtree 的方式。 RequestedPartition 代表的是需要被校验的 hash 分区，只有其中包含的 Hash 分区，那么才会被校验。因此根据 boot mode 方式的不同，需要校验的 hash 分区也不同，正常启动需要校验：boot/dtbo，recovery 启动需要校验：recovery/dtbo，而其他分区的校验方式是一样的。
+
+## init
+
+针对 init 中的校验，由于我们已经 boot 成功到上层了，虽然该函数依然会轮询 vbmeta 包含的各个分区，但是此时 kernel 和 dtbo 都已经加载完毕了，没有必要在对 Hash 分区进一步进行校验了，所以我们可以传入 RequestedPartition 为空指针，这样 init 当检测到是 Hash descriptor 会直接 return OK，并继续下一个分区的校验。
+
+init 中和 AVB 相关的主要是进行校验和挂载分区的功能，终极目的还是为了挂载，可以分开来看，有 firststagemount 和 secondstagemount 两种方式，第一种方式是为了挂载 vendor 分区，需要通过 libavb 对 system/vendor 进行校验，system 分区已经由 kernel 挂载过了，因此这里只需要利用 dm-verity 参数挂载 vendor 分区，因为 vendor 中包含了很多 init rc 文件，所以 vendor 必须要在这些 rc 执行之前被挂载上，所以必须要在第一阶段把 vendor 分区挂载起来，然后在 init 的第二阶段去执行 init rc。第二种方式是其他分区的挂载，主要是通过读取 fstab 中的挂载项进行挂载，这就和之前版本的 android 挂载方式一样了。
+
+需要注意的是，由于第一阶段的挂载，我们没有办法通过 fstab 文件传递给 init，因为 fstab 在 vendor 中，而 vendor 还没有被挂载起来，所以我们可以通过 device tree 的方式来传递 fstab 参数。这样 init 在第一阶段通过读取 device tree 来获取要在第一阶段挂载的分区，也就是我们的 vendor 分区，由于 avb 和 dm-verity 是绑定的，所以还需要传入对应的 vbmeta 节点，目的是开启 dm-verity 功能，同时也会对 vbmeta.img 中存在的各个分区进行校验。当然我们校验是传入 RequestedPartition 为空指针，以跳过 Hash 分区的校验，只进行其他分区的校验。
+
+这里需要特别注意的是 device tree 中的 vbmeta 节点的配置，必须要和 vbmeta.img 中所包含的分区一致，因为这个匹配校验也会做，否则会报校验失败，从而无法启动 android。
+
+```sh
+firmware: firmware {
+    android {
+        compatible = "android,firmware";
+        vbmeta {
+            compatible = "android,vbmeta";
+            parts = "vbmeta,boot,system,vendor,dtbo,recovery";
+        };
+        fstab {
+            compatible = "android,fstab";
+            vendor {
+                compatible = "android,vendor";
+                dev = "/dev/block/platform/soc/8804000.sdhci/by-name/vendor";
+                type = "ext4";
+                mnt_flags = "ro,barrier=1,discard";
+                fsmgr_flags = "wait,avb";
+                status = "ok";
+            };
+        };
+    };
+};
+```
+
+这个 vbmeta 中包含“vbmeta,boot,system,vendor,dtbo,recover”这几个分区，恰好和上面解析出来的一致，否则会报如下错误：
+
+```sh
+[ 11.254728] init: init first stage started!
+[ 11.260572] init: Using Android DT directory /proc/device-tree/firmware/android/
+[ 11.274173] init: [libfs_mgr]fs_mgr_read_fstab_default(): failed to find device default fstab
+[ 11.463441] init: [libfs_mgr]by-name symlink not found for partition: 'recovery'
+[ 11.471083] init: [libfs_mgr]avb_slot_verify failed, result: 2
+```
+
+这是一个去掉 recovery 分区的一个报错实例。
+
+init 调用 libavb 库的主入口函数如下：
+
+```sh
+AvbSlotVerifyResult FsManagerAvbOps::AvbSlotVerify(const std::string& ab_suffix,
+                                                   AvbSlotVerifyFlags flags,
+                                                   AvbSlotVerifyData** out_data) {
+
+    // Invokes avb_slot_verify() to load and verify all vbmeta images.
+
+    // Sets requested_partitions to nullptr as it's to copy the contents
+
+    // of HASH partitions into handle>avb_slot_data_, which is not required as
+
+    // fs_mgr only deals with HASHTREE partitions.
+
+    const char* requested_partitions[] = {nullptr};
+
+    // The |hashtree_error_mode| field doesn't matter as it only
+
+    // influences the generated kernel cmdline parameters.
+
+    return avb_slot_verify(&avb_ops_, requested_partitions, ab_suffix.c_str(), flags,
+
+                           AVB_HASHTREE_ERROR_MODE_RESTART_AND_INVALIDATE, out_data);
+}
+```
+
+可以看出，其传入的 requested_partitions 确实是为空 nullptr，这样就会跳过 Hash 分区校验。
+
+解析 vbmeta 数据中的 Hash descriptor：
+
+```cpp
+switch (desc.tag) {
+  case AVB_DESCRIPTOR_TAG_HASH: {
+    AvbSlotVerifyResult sub_ret;
+    sub_ret = load_and_verify_hash_partition(ops,
+                                             requested_partitions,
+                                             ab_suffix,
+                                             allow_verification_error,
+                                             descriptors[n],
+                                             slot_data);
+    if (sub_ret != AVB_SLOT_VERIFY_RESULT_OK) {
+      ret = sub_ret;
+      if (!allow_verification_error || !result_should_continue(ret)) {
+        goto out;
+      }
+    }
+  } break;
+```
+
+load_and_verify_hash_partition 中判断 requested_partitions 是否存在对应的分区名，不存在则返回 OK 跳转：
+
+```cpp
+/* Don't bother loading or validating unless the partition was
+ * requested in the first place.
+ */
+found = avb_strv_find_str(requested_partitions,
+                          (const char*)desc_partition_name,
+                          hash_desc.partition_name_len);
+if (found == NULL) {
+  ret = AVB_SLOT_VERIFY_RESULT_OK;
+  goto out;
+}
+```
+
+## 禁止 verification 校验功能
+
+通过我的另一篇文章《Android P 如何挂载system镜像到根目录》的介绍，大家应该会有所了解，vbmeta.img 中保存有一个 flags：
+
+```cpp
+typedef enum {
+  AVB_VBMETA_IMAGE_FLAGS_HASHTREE_DISABLED = (1 << 0),
+  AVB_VBMETA_IMAGE_FLAGS_VERIFICATION_DISABLED = (1 << 1)
+} AvbVBMetaImageFlags;
+```
+
+该 flags 会有两个 bit，分别代表是否使能 dm-verity 和 verification 功能，本文介绍的 AVB 校验功能就是 verification 使能的时候才会进行。
+
+我们可以通过修改此 bit 位来禁止 AVB 校验功能，利用 fastboot 重新刷写 vbmeta.img：
+
+```sh
+fastboot --disable-verification flash vbmeta vbmeta.img
+```
+
+跳过 AVB 的代码如下所示，在函数 avb_slot_verify 中：
+
+```cpp
+if (toplevel_vbmeta.flags & AVB_VBMETA_IMAGE_FLAGS_VERIFICATION_DISABLED) {
+
+  /* Since verification is disabled we didn't process any
+
+   * descriptors and thus there's no cmdline... so set root= such
+
+   * that the system partition is mounted.
+
+   */
+
+  avb_assert(slot_data->cmdline == NULL);
+
+  slot_data->cmdline =
+
+      avb_strdup("root=PARTUUID=$(ANDROID_SYSTEM_PARTUUID)");
+
+  if (slot_data->cmdline == NULL) {
+
+    ret = AVB_SLOT_VERIFY_RESULT_ERROR_OOM;
+
+    goto fail;
+
+  }
+} else {
+  ...... //verification operation
+}
+```
+
+这里发现禁止校验之后，函数就结束了，校验操作在 else 中进行的。
+
+## 禁止 dm-verity 功能
+
+两种方法：
+
+```sh
+adb disable-verity
+# 或者
+fastboot --disable-verity flash vbmeta vbmeta.img
+```
+
+最终都是更新了 vbmeta 分区中保存的对应的 flags 来确定是否禁止 dm-verity 的。