署名されたカーネルモジュール

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Signed カーネルモジュール は、カーネルがモジュールの整合性を検証するためのメカニズムを提供します。

概要

Linux カーネルは、モジュールの検証を、モジュールをロードする前に検証することを要求、または強制することと区別し、分離しています。カーネルモジュールは2つのクラスに分類されます。

• 標準の in-tree モジュール:カーネルのソースコードに付属しているモジュールです。これらは通常のカーネルビルドの際にコンパイルされます。
• カーネルソースディストリビューションの一部ではない Out-of-tree モジュール。カーネルツリーの外側でビルドされ、ビルドするカーネルごとにカーネルヘッダーパッケージを必要とします。特定のカーネル用に手動でビルドしてパッケージ化することもできますし、DKMS を使って必要なときにいつでもビルドすることもできます。

標準的なカーネルのコンパイルでは、カーネルビルドツールは秘密鍵と公開鍵のペアを作成し、(秘密鍵を使って) 全てのインツリーモジュールに署名します。公開鍵はカーネル自体に保存されます。その後、モジュールがロードされると、公開鍵はモジュールが変更されていないことを確認するために使用されます。

カーネルは、常にモジュールを検証し、失敗した場合は標準のログに報告するようにすることができます。検証できなかったモジュールのロードと使用を許可するかどうかは、カーネルに組み込むか、以下に説明するように カーネルパラメータ を使って実行時にオンにすることができます。

必要なことのまとめ

初めに、カーネル/コンパイル/Arch Build System で説明されているカスタムカーネルパッケージに基づいています。ビルドを変更して、標準のツリー内カーネルモジュールとツリー外モジュールに署名して検証するための前提条件を提供します。

ノート:

目標は次のとおりです。

• 標準のカーネルビルドプロセス中に署名されたツリー内モジュール。標準のカーネルビルドは、ビルドごとに新しい公開鍵と秘密鍵のペアを作成します。
• ツリー外モジュールは署名され、関連する公開鍵はカーネルにコンパイルされます。ビルドごとに個別の公開鍵と秘密鍵のペアを作成します。

各カーネルビルドは、ツリー外モジュールの署名に使用されるキーペアを認識する必要があります。カーネル構成パラメーターを使用して、カーネルに追加の署名キーを認識させるようになりました: CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS="/path/to/oot-signing_keys.pem".

キーと署名ツールは、現在のモジュールビルドディレクトリに保存されます。削除は標準のモジュールクリーンアップによって処理されるため、これをクリーンアップするために何もする必要はありません。秘密鍵と公開鍵の両方がにインストールされています。/usr/lib/modules/kernel_version-build/certs-local

カーネル構成

CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS は、以下で提供されるスクリプト genkeys.py を使って自動的に更新されます。さらに、次の構成オプションは、手動で .config ファイルを編集するか、Linuxの src ディレクトリにある make menuconfig を使って設定し、その後、ビルドファイル config に、更新した .config ファイルをコピーして戻しておく必要があります。楕円曲線型の鍵を使用し、zstd 圧縮を行うことが望ましいです。

CONFIG_MODULE_SIG=y
  Enable Loadable module suppot --->
  Module Signature Verification           -  activate

CONFIG_MODULE_SIG_FORCE=n
  Require modules to be validly signed -> leave off (for now)

        This allows the decision to enforce verified modules only as boot command line.
        If you are comfortable all is working then by all means change this to 'y'
        Command line version of this is : module.sig_enforce=1

CONFIG_MODULE_SIG_HASH=sha512
  Automatically sign all modules  - activate
  Which hash algorithm    -> SHA-512
  
CONFIG_MODULE_COMPRESS_ZSTD=y
  Compress modules on installation        - activate
  Compression algorithm (ZSTD)

CONFIG_MODULE_SIG_KEY_TYPE_ECDSA=y
  Cryptographic API --->
  Certificates for Signature Checking --->
  Type of module signing key to be generated -> ECDSA

CONFIG_MODULE_ALLOW_MISSING_NAMESPACE_IMPORTS=n
  Enable Loadable module support --->
  Allow loading of modules with missing namespace imports - set to no

カーネルコマンドライン

モジュールが署名されており、カーネルが正常に機能していることを確認したら、次の カーネルパラメータ を有効にして、カーネルが検証済みモジュールのロードのみを許可するようにできます。

module.sig_enforce=1

検証済みモジュールを強制的にオンにする前に、システムログにモジュール署名の障害が報告されていないことを確認してください。

必要なツール

カーネルビルドパッケージ

カーネルパッケージがビルドされているディレクトリ:

$ mkdir certs-local

このディレクトリは、キーを作成するためのツールと、カーネルモジュールに署名するためのツールを提供します。

これらのファイルをに入れます certs-local:

• x509.oot.genkey
• genkeys.py
• install-certs.py
• sign_module.py
• signer_class.py
• utils.py

ファイル genkeys.py とそのコンパニオン構成ファイル x509.oot.genkey は、キーペアを作成するために使用されます。

genkeys.py はまた、カーネルを構築するために使用される設定ファイルを更新することによって、カーネルに鍵情報を提供します。

スクリプト sign_module.py はアウトオブツリーのカーネルモジュールに署名します。手動で実行することもできますし、dkms/kernel-sign.sh から呼び出されます。xz と gzip で圧縮されたモジュールを処理し、zstd で圧縮されたモジュールを処理するために python-zstandard に依存します。

genkeys.py は --config config(s) オプションで指定されたカーネル設定をチェックし、更新します。単一の設定ファイルか、複数のファイルを指定するシェルグロブを使用します(例:-config 'conf/config.*')すべての設定は同じキーで更新されます。デフォルトのキータイプはec (楕円曲線) で、デフォルトのハッシュは sha512 です。これらはコマンドラインオプションで変更することができます。詳細は genkeys.py を参照、もしくは、-h で参照してください。

また、現在の鍵ペアを保持している同じディレクトリにソフトリンク current を作成します。

install-certs.py は PKGBUILD の package_headers() 関数から呼び出され、署名鍵をインストールするために使用されます。以下に例を示します。

これらのファイルは利用可能で、以下にリンクが張られています。

DKMS サポート

$ mkdir certs-local/dkms

dkms ディレクトリに2つのファイルを追加します。

• kernel-sign.conf
• kernel-sign.sh

これらは /etc/dkms にインストールされ、DKMS がローカルキーを使用してモジュールに自動的に署名する手段を提供します。これは、ツリー外のカーネルモジュールにサインアウトするための推奨される方法です。以下で説明するように、これがインストールされると、DKMS がモジュールに自動的に署名するために必要なのは、各モジュールのソフトリンクを構成ファイルに作成することだけです。

$ cd /etc/dkms
# ln -s kernel-sign.conf module_name.conf

例:

# ln -s kernel-sign.conf vboxdrv.conf

リンクの作成は、必要に応じてさらに単純化するために arch パッケージに簡単に追加できます。

Modify PKGBUILD

We need to make changes to kernel build as follows:

prepare()

Add the following to the top of the prepare() function:

prepare() {

    msg2 "Rebuilding local signing key..."
    ../certs-local/genkeys.py -v --config config

    ... 
}

The default key regeneration refresh period is 7 days, but this can be changed on the command line. So if you want to create new keys monthly, then add "--refresh 30days" as an argument to genekeys.py. You can refresh on every build by using "--refresh always". Refresh units can be seconds,minutes,hours,days or weeks.

_package-headers()

Add the following to the bottom of the _package-headers() function:

_package-headers() {

    ...

    #
    # Out-of-tree module signing
    # This is run in the kernel source / build directory
    #
    msg2 "Local Signing certs for out-of-tree modules..."

    certs_local_src="../../certs-local" 
    certs_local_dst="${builddir}/certs-local"
    $certs_local_src/install-certs.py $certs_local_dst

    # DKMS tools
    dkms_src="$certs_local_src/dkms"
    dkms_dst="${pkgdir}/etc/dkms"
    mkdir -p $dkms_dst

    rsync -a $dkms_src/{kernel-sign.conf,kernel-sign.sh} $dkms_dst/
}

Files required

The 5 supporting files referenced above are available for download from the github.com/gene-git/Arch-SKM repository:

ノート: There is also an aur version of these files available (arch-sign-modules^AUR). After building and install they can be found at /usr/src/certs-local

• certs-local/x509.oot.genkey
• certs-local/genkeys.py
• certs-local/install-certs.py
• certs-local/sign_module.py
• certs-local/signer_class.py
• certs-local/utils.py
• certs-local/dkms/kernel-sign.conf
• certs-local/dkms/kernel-sign.sh

Remember to ensure that the scripts are executable.

Helper scripts

arch-sign-modules^AUR builds:

• linux-hardened
• linux-lts
• linux-zen
• linux
• linux-amd^AUR
• linux-ck^AUR
• linux-libre^AUR

& other AUR kernels.

The abk helper script reduces the manual steps for building a fully signed custom kernel to 3 commands to Update / Build & Install the kernel:

abk -u kernel-name
abk -b kernel-name
abk -i kernel-name

With signed kernel module support for:

• zfs-dkms^AUR nvidia-beta-dkms^AUR lkrg-dkms^AUR nvidia-dkms