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。

Tools needed

kernel build package

In the directory where the kernel package is built:

$ mkdir certs-local

This directory will provide the tools to create the keys, as well as signing kernel modules.

Put these files into certs-local:

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

The files genkeys.py and its companion configuration file x509.oot.genkey are used to create key pairs.

genkeys.py also provides the kernel with the key information by updating the configuration file(s) used to build the kernel.

The script sign_module.py signs out-of-tree kernel modules. It can be run manually and is invoked by dkms/kernel-sign.sh. It handles modules compressed with xzand gzip and depends on python-zstandard to help handle those compressed with zstd.

genkeys.py will create the key pairs in a directory named by date-time

genkeys.py will check and update kernel configs given by the --config config(s) option. It takes either a single config file, or a shell glob for multiple files. e.g. --config 'conf/config.*'. All configs will be updated with the same key. The default keytype is ec (elliptic curve) and the default hash is sha512. These can be changed with command line options. See genkeys.py -h for more details.

It also creates a soft link current to the same directory holding the current key pairs.

install-certs.py is to be called from the package_headers() function of PKGBUILD to install the signing keys. Example is given below.

These files are available and links are provided below.

DKMS support

$ mkdir certs-local/dkms

Add 2 files to the dkms directory:

• kernel-sign.conf
• kernel-sign.sh

These will be installed in /etc/dkms and provide the means for DKMS to automatically sign modules using the local key. This is the recommended way to sign out-of-tree kernel modules. As explained below, once this is installed, all that is needed is for DKMS to automatically sign modules is to make a soft link for each module to the configuration file.

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

For example:

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

The link creation can easily be added to an arch package to simplify further if desired.

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