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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/*.addon.efi
ESP/.../foo.efi.extra.d/*.cred
ESP/.../foo.efi.extra.d/*.raw
ESP/loader/addons/*.addon.efi
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«.
• Nach der an den aufgerufenen Kernel zu übergebenen Kernelbefehlszeile wird im
PE-Abschnitt ».cmdline« gesucht.
• Die Initrd wird aus dem PE-Abschnitt ».initrd« geladen.
• Nach der vor Aufruf des Kernels anzuzeigenden Systemstartgraphik (im
Windows-.BMP-Format) wird im PE-Abschnitt »&.splash« gesucht.
• Nach dem kompilierten binären DeviceTree wird im PE-Abschnitt ».dtb« gesucht.
• Kernelversionsinformationen, d.h. die Ausgabe von uname -r für den im UKI enthaltenen
Kernel, im PE-Abschnitt ».uname«.
• SBAT[1] revocation metadata, in the ".sbat" PE section.
• 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.
For further details about the UKI concept, see the UKI specification[2].
BEGLEITDATEIEN
Der UEFI-Systemstartrumpf systemd-stub sammelt automatisch drei 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. Falls das Kernelprogramm einen
Zähler zum Zwecke der Automatischen Systemstartbewertung[3] verwendet, wird dieser
Zähler ignoriert. Beispielsweise wird foo+3-0.efi im Verzeichnis foo.efi.extra.d/
nachschauen. 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).
• Ähnlich werden Dateien foo.efi.extra.d/*.addon.efi geladen und als PE-Programme
verifiziert und ein Abschnitt ».cmdline« wird aus ihnen ausgelesen. Erweiterungen sind
dazu gedacht, zusätzliche Kernelbefehlszeilenparameter oder Devicetree-Datenblöcke
weiterzugeben, unabhängig vom gestarteten Kernel. Beispielsweise erlaubt dies
Lieferanten, plattformspezifische Konfiguration auszuliefern.
In case Secure Boot is enabled, these files will be validated using keys in UEFI DB,
Shim's DB or Shim's MOK, and will be rejected otherwise. Additionally, if the both the
addon and the UKI contain a a ".uname" section, the addon will be rejected if they do
not match exactly. It is recommended to always add a ".sbat" section to all signed
addons, so that they may be revoked with a SBAT policy update, without requiring
blocklisting via DBX/MOKX. The ukify(1) tool will add a SBAT policy by default if
none is passed when building addons. For more information on SBAT see Shim
documentation[1].
Addon files are sorted, loaded, and measured into TPM PCR 12 (if a TPM is present) and
appended to the kernel command line. UKI command line options are listed first, then
options from addons in /loader/addons/*.addon.efi, and finally UKI-specific addons.
Device tree blobs are loaded and measured following the same algorithm. Addons are
always loaded in the same order based on the filename, so that, given the same set of
addons, the same set of measurements can be expected in PCR12. However, note that the
filename is not protected by the PE signature, and as such an attacker with write
access to the ESP could potentially rename these files to change the order in which
they are loaded, in a way that could alter the functionality of the kernel, as some
options might be order-dependent. If you sign such addons, you should pay attention to
the PCR12 values and make use of an attestation service so that improper use of your
signed addons can be detected and dealt with using one of the aforementioned
revocation mechanisms.
• /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).
• Additionally, files /loader/addons/*.addon.efi are loaded and verified as PE binaries,
and ".cmdline" and/or ".dtb" sections are parsed from them. This is supposed to be
used to pass additional command line parameters or Devicetree blobs to the kernel,
regardless of the kernel being booted.
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 │ 4 │
│Einstiegspunkt für das │ │
│vereinigte PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Kern-Kernelcode (eingebettet in │ 4 + 11 │
│das vereinigte PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Betriebssystemveröffentlichungsinformationen │ 4 + 11 │
│(eingebettet in das vereinigte │ │
│PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Haupt-Initrd (eingebettet in das vereinigte │ 4 + 9 + 11 │
│PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Standard-Kernel-Befehlszeile (eingebettet in │ 4 + 11 │
│das vereinigte PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Kernel-Befehlszeile außer Kraft setzen │ 12 │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Startbild (eingebettet in das vereinigte │ 4 + 11 │
│PE-Programm) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│TPM2-PCR-Signatur-JSON (eingebettet in das │ 4 + 9 │
│vereinigte PE-Programm, synthetisiert in die │ │
│Initrd) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│TPM2-PCR-PEM öffentlicher Schlüssel │ 4 + 9 + 11 │
│(eingebettet in das vereinigte PE-Programm, │ │
│synthetisiert in die Initrd) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Zugangsberechtigungen (synthetisierte Initrd │ 9 + 12 │
│aus Begleitdateien) │ │
├─────────────────────────────────────────────┼────────────┤
│Systemerweiterungen (synthetisierte Initrd │ 9 + 13 │
│aus Begleitdateien) │ │
└─────────────────────────────────────────────┴────────────┘
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.
Hinzugefügt in Version 250.
LoaderFirmwareInfo, LoaderFirmwareType
Kurze Firmware-Informationen. Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.
Hinzugefügt in Version 250.
LoaderImageIdentifier
Der Pfad zum EFI-Programm, relativ zum Wurzelverzeichnis der EFI-Systempartition.
Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.
Hinzugefügt in Version 250.
StubInfo
Kurze Rumpfinformationen. Verwenden Sie bootctl(1), um diese Daten zu betrachten.
Hinzugefügt in Version 250.
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.
Hinzugefügt in Version 252.
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.
Hinzugefügt in Version 252.
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.
Hinzugefügt in Version 252.
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[4] 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.
Hinzugefügt in Version 252.
/.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.
Hinzugefügt in Version 252.
/.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.
Hinzugefügt in Version 252.
/.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.
Hinzugefügt in Version 252.
/.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.
Hinzugefügt in Version 252.
/.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.
Hinzugefügt in Version 252.
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.
SMBIOS-TYP-11-ZEICHENKETTEN
systemd-stub kann zur Verwendung von SMBIOS-TYP-11-ZEICHENKETTEN konfiguriert werden.
Anwendbare Zeichenketten bestehen aus einem Namen, gefolgt von »=«, gefolgt vom Wert.
systemd-stub wird die Tabelle nach einer Zeichenkette mit einem bestimmten Namen
durchsuchen, und seinen Wert verwenden, falls der Name gefunden wird. Die folgenden
Zeichenketten werden gelesen:
io.systemd.stub.kernel-cmdline-extra
Falls gesetzt, wird der Wert dieser Zeichenkette zu der Liste der
Kernelbefehlszeilenargumente, die in PCR12 eingemessen und an den Kernel übergeben
werden, hinzugefügt.
Hinzugefügt in Version 254.
ZUSAMMENBAU VON KERNELABBILDERN
Um ein startbares vereinigtes Kernelabbild aus verschiedenen Komponenten wie oben
beschrieben zusammenzubauen, verwenden Sie ukify(1).
SIEHE AUCH
systemd-boot(7), systemd.exec(5), systemd-creds(1), systemd-sysext(8), Boot Loader
Specification[5], Boot Loader Interface[4], ukify(1), systemd-measure(1), TPM2 PCR
Measurements Made by systemd[6]
ANMERKUNGEN
1. SBAT
https://github.com/rhboot/shim/blob/main/SBAT.md
2. UKI-Spezifikation
https://uapi-group.org/specifications/specs/unified_kernel_image/
3. Automatische Systemstartbeurteilung
https://systemd.io/AUTOMATIC_BOOT_ASSESSMENT
4. Boot-Loader-Schnittstelle
https://systemd.io/BOOT_LOADER_INTERFACE
5. Systemladerspezifikation
https://uapi-group.org/specifications/specs/boot_loader_specification
6. TPM2 PCR Measurements Made by systemd
https://systemd.io/TPM2_PCR_MEASUREMENTS
ÜBERSETZUNG
Die deutsche Übersetzung dieser Handbuchseite wurde von Helge Kreutzmann
<debian@helgefjell.de> erstellt.
Diese Übersetzung ist Freie Dokumentation; lesen Sie die GNU General Public License
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