充電樁嵌入式系統(tǒng)中，安全啟動（Secure Boot）是保障系統(tǒng)安全運行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它確保設(shè)備在啟動過程中，加載的軟件均來自可信來源且未被篡改，極大降低了惡意軟件入侵風(fēng)險，保障了充電樁系統(tǒng)的穩(wěn)定與安全。
一、安全啟動原理
安全啟動基于非對稱加密原理構(gòu)建信任鏈。簡單來說，在編譯階段，廠商利用私鑰對固件（包括分區(qū)表和應(yīng)用鏡像等）進行簽名，生成獨一無二的數(shù)字簽名。而在設(shè)備端，Bootloader（引導(dǎo)加載程序）預(yù)先保存與之對應(yīng)的公鑰。當(dāng)設(shè)備啟動時，Bootloader會讀取存儲在閃存中的固件及其簽名，運用公鑰對簽名進行驗證。若簽名驗證成功，表明固件未被篡改且來源可信，系統(tǒng)將繼續(xù)啟動流程；反之，若驗證失敗，系統(tǒng)會終止啟動，防止不可信軟件運行。
例如，常見的ECDSA（橢圓曲線數(shù)字簽名算法）簽名算法就常用于這一過程。在生成簽名時，私鑰對指定的二進制文件進行運算生成簽名；驗證時，公鑰則依據(jù)簽名和原始文件，判斷簽名是否有效。
二、實現(xiàn)步驟
1.生成密鑰對
在PC端，使用工業(yè)級加密程序生成公鑰/私鑰對。例如，執(zhí)行“openssl ecparam -name prime256v1-genkey-noout-out my_secure_boot_signing_key.pem”指令可生成用于簽名的私鑰文件，同時對應(yīng)生成公鑰。私鑰務(wù)必妥善保管，一旦泄露，任何使用該私鑰簽名的鏡像都能繞過啟動時的簽名驗證。
2.編譯與簽名
編譯Bootloader：在編譯Bootloader鏡像時，若配置中使能了安全啟動選項，編譯工具會將生成的公鑰編譯到Bootloader鏡像中，使Bootloader具備安全啟動支持能力。
編譯并簽名分區(qū)表和應(yīng)用鏡像：使用私鑰對分區(qū)表和應(yīng)用鏡像進行簽名計算，生成對應(yīng)的簽名，并將簽名編譯到相應(yīng)的二進制文件中。這些簽名將作為后續(xù)啟動時驗證的關(guān)鍵依據(jù)。
3.首次啟動設(shè)置
生成并保存安全密鑰：芯片首次啟動時，硬件隨機數(shù)生成器會產(chǎn)生一個256-bit的AES安全密鑰（secure boot key），該密鑰被保存在具有讀寫保護功能的efuse中。同時，利用這個密鑰、一個隨機數(shù)IV和Bootloader鏡像計算出secure digest，將secure digest與隨機數(shù)IV保存在閃存的0x0地址，用于后續(xù)啟動時驗證Bootloader鏡像是否被篡改。
設(shè)置相關(guān)標(biāo)志位：若在配置中選擇禁止JTAG中斷和ROM BASIC中斷，Bootloader會將efuse中的相應(yīng)標(biāo)志位設(shè)置為禁止?fàn)顟B(tài)，以增強系統(tǒng)安全性。完成上述操作后，通過燒寫efuse中的ABS_DONE_0標(biāo)志位，永久使能安全啟動功能。
4.后續(xù)啟動驗證
ROM Bootloader驗證：芯片后續(xù)啟動時，ROM Bootloader檢測到efuse中的ABS_DONE_0被燒寫，便從閃存地址0x0讀取第 一次啟動時保存的secure digest和隨機數(shù)IV。硬件利用efuse中的安全密鑰、隨機數(shù)IV與當(dāng)前的Bootloader鏡像計算當(dāng)前的secure digest，對比兩者。若不同，立即終止啟動；若相同，則執(zhí)行軟件Bootloader。
軟件Bootloader驗證：軟件Bootloader讀取自身鏡像中保存的公鑰，對閃存中的分區(qū)表和應(yīng)用鏡像的簽名進行驗證。只有驗證成功，才會引導(dǎo)系統(tǒng)進入應(yīng)用代碼執(zhí)行階段。
三、注意事項
Bootloader燒寫限制：正常使用場景下，Bootloader鏡像通常只允許燒寫一次，這是為防止攻擊者通過重新燒寫B(tài)ootloader來繞過后續(xù)鏡像驗證，破壞安全啟動機制。若有特殊需求需重復(fù)燒寫B(tài)ootloader，務(wù)必采用嚴(yán)格的安全措施，如對生成的安全密鑰進行嚴(yán)密保護。
密鑰安全：私鑰和安全啟動密鑰的安全至關(guān)重要。任何一方泄露都可能導(dǎo)致安全啟動機制失效，使得惡意軟件有機可乘。
OTA升級考慮：針對OTA（空中下載技術(shù)）升級的鏡像，必須使用私鑰進行簽名。在OTA過程中，系統(tǒng)會運用公鑰對升級鏡像進行簽名驗證，確保升級內(nèi)容的安全性和完整性。
安全啟動是充電樁嵌入式系統(tǒng)安全的重要防線，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拿荑€管理、規(guī)范的編譯簽名流程以及嚴(yán)格的啟動驗證機制，能夠有效提升充電樁系統(tǒng)的安全性，保障其穩(wěn)定可靠運行，為用戶提供安全的充電服務(wù)。