3. 密码学基础

UEFI Secure Boot 的信任链核心建立在现代密码学之上。理解公钥基础设施（PKI）、数字签名、哈希算法和非对称加密是掌握 Secure Boot 开发的前提。本章将系统梳理这些基础概念，并聚焦其在 UEFI 固件中的具体应用。

3.1 哈希算法：数据的数字指纹

哈希算法（Hash Algorithm）将任意长度的输入数据映射为固定长度的输出值，称为哈希值或摘要。在 Secure Boot 中，哈希算法用于验证固件镜像的完整性：任何对镜像的微小修改都会导致哈希值完全改变。

哈希算法的单向性（从哈希值无法反推原始数据）和抗碰撞性（极难找到两个不同输入产生相同哈希值）是其安全性的根本保障。

3.2 非对称加密与 RSA 算法

非对称加密使用一对密钥：公钥（Public Key）和私钥（Private Key）。公钥可以公开分发，私钥必须严格保密。在 Secure Boot 中，RSA 是最广泛使用的非对称加密算法。

RSA 核心原理：

• 密钥生成：基于两个大素数的乘积，计算公钥指数 e 和私钥指数 d。
• 加密：使用公钥加密数据，只有对应的私钥能解密。
• 签名：使用私钥对数据哈希值进行加密，生成数字签名；公钥用于验证签名。

3.3 数字签名原理

数字签名是 Secure Boot 验证固件合法性的核心机制。它结合了哈希算法和非对称加密，确保固件的完整性和来源真实性。

签名生成流程：

1. 对固件镜像计算哈希值（如 SHA-256）。
2. 使用签名者的私钥对哈希值进行 RSA 加密，生成数字签名。
3. 将签名附加到固件镜像中，或存储在单独的签名文件中。

签名验证流程：

1. 从固件镜像中提取数字签名。
2. 使用对应的公钥对签名进行 RSA 解密，得到原始哈希值。
3. 对当前固件镜像重新计算哈希值。
4. 比较两个哈希值：若一致，则验证通过；否则拒绝加载。

3.4 公钥基础设施（PKI）

PKI 是一套管理公钥和数字证书的体系，定义了密钥的生成、分发、存储、撤销和更新规则。在 UEFI Secure Boot 中，PKI 构建了从平台制造商到最终固件模块的信任链。

PKI 核心组件：

• 证书颁发机构（CA）：签发和管理数字证书的信任根。
• 数字证书：将公钥与实体身份绑定的电子文档，包含颁发者、有效期、公钥等信息。
• 证书撤销列表（CRL）：记录已被撤销的证书，防止使用已泄露的密钥。
• 注册机构（RA）：辅助 CA 进行身份验证和证书申请处理。

UEFI Secure Boot 中的 PKI 层级：

3.5 密码学在 UEFI Secure Boot 中的综合应用

Secure Boot 的启动验证流程将上述密码学组件串联为一个完整的信任链：

1. 固件签名：开发者在构建固件时，使用私钥对镜像进行数字签名。
2. 公钥注册：将对应的公钥以 X.509 证书形式注册到平台的 db 中。
3. 启动验证：UEFI 固件在加载每个镜像前，从 db 中提取公钥，验证镜像的数字签名。
4. 撤销机制：当密钥泄露或发现漏洞时，将相关公钥或镜像哈希加入 dbx，阻止其加载。