樂鑫 ESP32 系列芯片均采用安全啟動機制，確保只有可信任固件能夠在 flash 中運行。然而，這種機制要求小心管理簽名密鑰，即簽名密鑰必須由簽名實體以安全的方式生成和存儲。

外部 （硬件安全模塊）是一種專門用于保護和管理密鑰的加密設(shè)備。它還可以提供專業(yè)的加密服務(wù)，如明文加密、數(shù)字簽名等?，F(xiàn)在，許多云服務(wù)都提供使用基于云 HSM 的解決方案。

外部?HSM?簽名

外部 HSM 提供了一個基于?PKCS #11?標(biāo)準的加密接口，可實現(xiàn)對固件進行簽名及其他功能。通過 PKCS #11 接口還可以獲得遠程的 HSM 云服務(wù)。

• Espsecure.py 腳本（Esptool?工程的一部分）已經(jīng)集成了標(biāo)準 PKCS #11 接口，可與任何外部 HSM 設(shè)備兼容，對ESP32 固件進行簽名。

• 請注意，如上圖所示，要使用 HSM 模式，需要在 Espsecure.py 配置中提供供應(yīng)商特定的 PKCS #11 庫的路徑。

• 初始支持使用 RSA-PSS 3072 或 ESDSA NISTP256 算法根據(jù)我們的 Secure Boot V2 機制生成已簽名的應(yīng)用程序。

Esptool 鏈接??：https://github.com/espressif/esptool

使用?YubiKey?進行簽名

我們將使用?YubiKey?5 系列作為外部 HSM 演示如何簽名。

YubiKey 鏈接??：https://www.yubico.com/products/yubikey-5-overview/

安裝

有關(guān) YubiKey 主機工具和 PKCS #11 庫的詳細配置可在 下方鏈接?查看。

鏈接??：https://developers.yubico.com/yubico-piv-tool/

? ? ? ? ? ? ? ? ? ??#?安裝?esptool 4.5?及?HSM?依賴項

? ? ? ? ? ? ??? ? ?pip install esptool[hsm]==4.5.dev3

? ? ? ? ? ? ??? ? ?#?安裝工具和?PKCS#11?接口庫
? ? ? ? ? ? ??? ? ?sudo apt install yubico-piv-tool ykcs11

? ? ? ? ? ? ??? ? ?#?在?9c（數(shù)字簽名）域中生成?ECC P256?私鑰
? ? ? ? ? ? ??? ? ?yubico-piv-tool -a generate -s 9c -A ECCP256

注意：以下配置是在 Ubuntu 22.10 上進行的。

HSM?配置文件

以下是我們要提供給 espsecure.py 的 HSM 配置文件。

? ? ? ? ? ? ??$ cat hsm_cfg.ini

? ? ? ? ? ? ??#?基于?YubiKey?的外部?HSM?配置文件
? ? ? ? ? ? ??[hsm_config]

? ? ? ? ? ? ??# PKCS11?共享對象/庫
? ? ? ? ? ? ??pkcs11_lib = /usr/lib/x86_64-linux-gnu/libykcs11.so

? ? ? ? ? ? ??# HSM?登錄憑證（YubiKey?默認?PIN?碼）
? ? ? ? ? ? ??credentials = 123456

? ? ? ? ? ? ??#?要使用的域（YubiKey?默認域）
? ? ? ? ? ? ??slot = 0

? ? ? ? ? ? ??#?用于存儲私鑰的對象的標(biāo)簽（默認）
? ? ? ? ? ? ??label = Private key for Digital Signature

? ? ? ? ? ? ??#?用于存儲相應(yīng)公鑰的對象的標(biāo)簽（默認）
? ? ? ? ? ? ??label_pubkey = Public key for Digital Signature?

請注意，libykcs11.so?路徑應(yīng)替換為您系統(tǒng)里的安裝路徑。

生成簽名

運行以下命令，使用 hsm_cfg.ini 文件里的配置對固件進行簽名。

? ? ? ? ? ? ??$ espsecure.py sign_data --version 2 --hsm --hsm-config hsm_cfg.ini --output signed.bin unsigned.bin?

? ? ? ? ? ? ??espsecure.py v4.5-dev
? ? ? ? ? ? ??Trying to establish a session with the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Session creation successful with HSM slot 0.
? ? ? ? ? ? ??Trying to extract public key from the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Got public key with label Public key for Digital Signature.
? ? ? ? ? ? ??Connection closed successfully
? ? ? ? ? ? ??Trying to establish a session with the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Session creation successful with HSM slot 0.
? ? ? ? ? ? ??Got private key metadata with label Private key for Digital Signature.
? ? ? ? ? ? ??Signing payload using the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Signature generation successful.
? ? ? ? ? ? ??Connection closed successfully
? ? ? ? ? ? ??Pre-calculated signatures found
? ? ? ? ? ? ??1 signing key(s) found.
? ? ? ? ? ? ??Signed 65536 bytes of data from unsigned.bin. Signature sector now has 1 signature blocks.

?

驗證簽名

出于完整性考慮，我們可以使用外部 HSM 提供的公鑰來驗證簽名。

? ? ? ? ? ? ??$ espsecure.py verify_signature --version 2 --hsm --hsm-config hsm_cfg.ini signed.bin?

? ? ? ? ? ? ??espsecure.py v4.5-dev
? ? ? ? ? ? ??Trying to establish a session with the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Session creation successful with HSM slot 0.
? ? ? ? ? ? ??Trying to extract public key from the HSM.
? ? ? ? ? ? ??Got public key with label Public key for Digital Signature.
? ? ? ? ? ? ??Connection closed successfully
? ? ? ? ? ? ??Signature block 0 is valid (ECDSA).
? ? ? ? ? ? ??Signature block 0 verification successful using the supplied key (ECDSA).

文檔

更多關(guān)于使用 HSM 進行安全簽名的說明可參閱?Esptool 文檔。

Esptool 文檔?鏈接??：

https://docs.espressif.com/projects/esptool/en/latest/esp32/espsecure/index.html#remote-signing-using-an-external-hsm

請注意，此功能將在 Esptool v4.5 release 版本中提供。目前，您可以在 Esptool dev 版本中調(diào)用 pip install esptool[hsm]==4.5.dev3 先行試用。

如您有任何問題或反饋，歡迎隨時聯(lián)系我們。espressif.com/sales