Shim - Signature des applications et des modules efi

Création : Debian 10.5 / Buster

Dans le cadre d'un amorçage UEFI Secure Boot, utilisant le chargeur intermédiaire shim, ce document décrit

comment signer un module pour qu'il puisse être chargé par le noyau
comment signer une application efi pour qu'elle puisse être lancée par Shim

Sommaire

1 - Préalable

Démarrer le système en mode SecureBoot

$ sudo dmesg |grep secureboot
[    0.000000] secureboot: Secure boot enabled

Vérifier la présence d'une clé MOK, sinon en créer uneet l'enregistrer dans la Nvram de la plate-forme : Voir Shim - Gestionnaire de clés MOK mmx.
Dans ce qui suit, la clé a pour nom MOK, et les fichiers MOK.der et MOK.priv sont disponibles dans le répertoire courant

$ ls MOK* 
MOK.der  MOK.priv

Vérifier la présence de la clé (ici le propriétaire est Pengouin)

$ mokutil --list-enrolled |grep Issuer
        Issuer: CN=Pengouin
        Issuer: CN=Debian Secure Boot CA
                CA Issuers - URI:https://dsa.debian.org/secure-boot-ca

2 - Signature d'un module

Le module vboxdrv est pris comme exemple de module à signer

2.1 - Tentative de chargement d'un module non signé

Lors de l'installation du paquet virtualbox, le chargement des modules non signés échoue

$ sudo aptitude install virtualbox-6.1
...
vboxdrv.sh: failed: modprobe vboxdrv failed. Please use 'dmesg' to find out why.

There were problems setting up VirtualBox.  To re-start the set-up process, run
  /sbin/vboxconfig as root.  If your system is using EFI Secure Boot you may need to sign the
kernel modules (vboxdrv, vboxnetflt, vboxnetadp, vboxpci) before you can load
them. Please see your Linux system's documentation for more information.
.....

A chaque tentative de chargement, un message d'erreur apparaît dans dmesg

$ sudo modprobe vboxdrv
modprobe: ERROR: could not insert 'vboxdrv': Operation not permitte

$ sudo dmesg
...
[ 4281.609719] Lockdown: modprobe: unsigned module loading is restricted; see https://wiki.debian.org/SecureBoot

On peut vérifier que le module n'a pas les "indices" d'un module signé :

Pas d'information de signatures avec modinfo

$ sudo modinfo vboxdrv |grep sig

Message "~Module signature appended" en fin de fichier absent

$ hexdump -Cv /lib/modules/5.4.0-0.bpo.4-amd64/misc/vboxdrv.ko |tail -n 5
00f07530  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00f07540  e0 61 f0 00 00 00 00 00  85 02 00 00 00 00 00 00  |.a..............|
00f07550  00 00 00 00 00 00 00 00  01 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00f07560  00 00 00 00 00 00 00 00                           |........|
00f07568

2.2 - Signature du module

Utiliser la clé enregistrée MOK pour signer le module avec le script sign-file (le fichier non signé est remplacé par un fichier signé)

$ sudo /usr/lib/linux-kbuild-4.19/scripts/sign-file sha256 MOK.priv MOK.der /lib/modules/5.4.0-0.bpo.4-amd64/misc/vboxdrv.ko

Après signature :

Modinfo fournit des informations de signature

$ sudo modinfo vboxdrv |grep sig
sig_id:         PKCS#7
signer:         Pengouin
sig_key:        5A:2C:7D:BE:90:54:2C:91:68:28:38:58:9F:4D:5F:C0:0C:4F:46:CB
sig_hashalgo:   sha256
signature:      9C:AA:BC:31:E2:08:07:1A:EB:BE:2C:AA:43:BF:D8:4B:6B:1D:2E:A7:

Présence du message "~Module signature appended~" à la fin du fichier

$ hexdump -Cv /lib/modules/5.4.0-0.bpo.4-amd64/misc/vboxdrv.ko |tail -n 5
00f076e0  d0 66 07 a3 d1 65 d8 4f  c2 29 13 f2 4e d4 08 63  |.f...e.O.)..N..c|
00f076f0  fb ad c9 f1 43 00 00 02  00 00 00 00 00 00 00 01  |....C...........|
00f07700  8d 7e 4d 6f 64 75 6c 65  20 73 69 67 6e 61 74 75  |.~Module signatu|
00f07710  72 65 20 61 70 70 65 6e  64 65 64 7e 0a           |re appended~.|
00f0771d

2.3 - Utilisation

Le module peut-être chargé, sans message d'erreur

$ sudo modprobe vboxdrv

$ lsmod |grep vboxdrv
vboxdrv               495616  0

$ sudo dmesg |grep vboxdrv
[ 3857.748810] vboxdrv: loading out-of-tree module taints kernel.
[ 3857.758909] vboxdrv: Found 8 processor cores
[ 3857.779428] vboxdrv: TSC mode is Invariant, tentative frequency 2303963291 Hz
[ 3857.779429] vboxdrv: Successfully loaded version 6.1.6 (interface 0x002d0001)

Il devra être resigné à chaque mise à jour

3 - Signature d'un programme efi

L'application tetris.efi téléchargée à partir de la page https://github.com/tsani/tetrefis est prise comme exemple d'application à signer

3.1 - Signature

Convertir la clé format DER au format PEM

$ openssl x509 -in MOK.der -inform DER -outform PEM -out MOK.pem

$ ls MOK*
MOK.der  MOK.pem  MOK.priv

Installer le paquet sbsigntool pour fournir la commande sbsign

$ sudo aptitude install sbsigntool

Utiliser la clé au format PEM pour signer l'application

$ sbsign --key MOK.priv --cert MOK.pem tetris.efi --output tetris.efi.signed
warning: data remaining[1291776 vs 1304573]: gaps between PE/COFF sections?
warning: data remaining[1291776 vs 1304576]: gaps between PE/COFF sections?
Signing Unsigned original image

3.2 - Vérification

Vérifier la présence de la clé Pengouin dans la table des signatures de l'application signée

$ sbverify -l tetris.efi.signed
warning: data remaining[1293312 vs 1306112]: gaps between PE/COFF sections?
signature 1
image signature issuers:
 - /CN=Pengouin
image signature certificates:
 - subject: /CN=Pengouin
   issuer:  /CN=Pengouin

3.3 - Utilisation

Recopier le fichier sur la partition ESP du système (ou tout autre périphérique amorçable) sous le nom de grubx64.efi afin de pouvoir l'amorcer via shim. Dans l'exemple ci-dessous, le fichier est recopié dans le répertoire MOK

$ sudo mkdir -p /mnt/EFI/MOK
$ sudo cp tetris.efi.signed /boot/efi/EFI/MOK/grubx64.efi
$ sudo cp /usr/lib/shim/shimx64.efi.signed /boot/efi/EFI/MOK/shimx64.efi

Pour une sélection automatique de tetris, créer l'entrée correspondante en nvram

$ sudo efibootmgr --create --disk /dev/sda --part 1 --label "tetris" --loader /EFI/MOK/shimx64.efi

ou bien ne pas créer l'entrée et la sélectionner manuellement au redémarrage

Redémarrer et vérifier que l'application est correctement lancée en mode secureboot

3.4 - Changement de plate-forme (testé avec qemu)

Si la clé est lancée sur une plate-forme sur laquelle la clé MOK n'a pas été enregistrée, copier le programme mmx64.efi et la clé au format DER dans le répertoire de l'ESP

$ sudo tree /boot/efi/EFI/MOK
/boot/efi/EFI/MOK
├── grubx64.efi
├── mmx64.efi
├── MOK.der
└── shimx64.efi

Amorcer sur l'application shimx64.efi de ce répertoire : Le message

"ERROR Verification failes: (0x1A) Security Violation "

s'affiche. Sélectionner OK, le gestionnaire MOK s'affiche, procéder à l'enregistrement de la clé et redémarrer