从SDK 12开始,Nordic为DFU操作增加了签名校验机制,称为Secure DFU。执行Secure DFU,需要使用升级包(zip),而不能直接使用二进制文件(hex/bin),本文介绍如何生成和使用升级包。
(1)nrfutil
nrfutil是Nordic提供的命令行工具,它用于执行以下任务:
- 生成公钥、私钥
- 生成升级包
- 生成bootloader_settings.hex
- 执行BLE DFU或串口DFU
nrfutil是开源的python项目,托管在github上,可以下载预编译的nrfutil.exe,如果系统中已安装了python 2.7(不支持python 3.x),也可以通过pip命令进行安装:
pip install nrfutil
本文使用预编译的nrfutil.exe,放到C:\nordic\nrfutil
中,并将该目录加入系统环境变量,方便在cmd中调用。
(2)公钥、私钥
Secure DFU采用签名(Sign)方式保证DFU的安全。直观上,它解决了一个安全问题:
对于传统的DFU,如果攻击者进入设备的Bootloader模式,那么他可以通过DFU将第三方的固件写入设备。这种非法升级的问题根源在于Bootloader无法识别新固件是否合法有效。
Secure DFU在Bootloader和升级包中分别加入签名,升级时通过校验签名保证升级包的安全和可靠。
在当前目录下生成一个唯一的私钥(private_key.pem):
nrfutil keys generate private_key.pem
可以用文本编辑器打开private_key.pem,其内容形式如下:
-----BEGIN EC PRIVATE KEY-----
MHcCAQEEICS144KRk5kbsB42yuQHFutQJV3nVfh7vUtj80nokAsboAoGCCqGSM49
AwEHoUQDQgAEKlnoPDH7wA00TtqUjc+5tuoI8gov4BxZR9KUITgKAmx/v4Jvpx2t
jRI6meLVMSme4itY78N+YtuK7s0wLbNzUw==
-----END EC PRIVATE KEY-----
利用私钥,可以生成一个公钥:
nrfutil keys display
--key pk
--format code private_key.pem
--out_file dfu_public_key.c
执行完毕,生成的公钥保存在dfu_public_key.c文件中,其文件内容形式如下:
/* This file was automatically generated by nrfutil on 2018-04-14 (YY-MM-DD) at 08:29:52 */
#include "stdint.h"
#include "compiler_abstraction.h"
/** @brief Public key used to verify DFU images */
__ALIGN(4) const uint8_t pk[64] =
{
0x6c, 0x02, 0x0a, 0x38, 0x21, 0x94, 0xd2, 0x47, 0x59, 0x1c, 0xe0, 0x2f, 0x0a, 0xf2, 0x08, 0xea, 0xb6, 0xb9, 0xcf, 0x8d, 0x94, 0xda, 0x4e, 0x34, 0x0d, 0xc0, 0xfb, 0x31, 0x3c, 0xe8, 0x59, 0x2a,
0x53, 0x73, 0xb3, 0x2d, 0x30, 0xcd, 0xee, 0x8a, 0xdb, 0x62, 0x7e, 0xc3, 0xef, 0x58, 0x2b, 0xe2, 0x9e, 0x29, 0x31, 0xd5, 0xe2, 0x99, 0x3a, 0x12, 0x8d, 0xad, 0x1d, 0xa7, 0x6f, 0x82, 0xbf, 0x7f
};
Bootloader工程中会使用公钥dfu_public_key.c,这样Bootloader就可以利用公钥验证签名。
(3)升级包
升级包其实就是一个zip压缩包,一个典型的升级包内容如下:
各个文件的含义:
文件 | 含义 |
---|---|
manifest.json | 文件清单 |
nrf52832_xxaa.bin | 新固件 |
nrf52832_xxaa.dat | init packet |
其中init packet包含了meta信息:新固件的类型、大小、版本和签名信息。这里的签名将在执行DFU被校验。
init packet是一个Protocol Buffer文件,它的内容很简单,但是不可读,可以通过命令nrfutil pkg display dfu_pkg.zip
看到它的内容:
我们无需手动创建init packet,使用nrfutil生成升级包时,会自动完成这些工作。
生成升级包至少需要以下文件和信息:
- 新固件文件
- 私钥文件
- 芯片型号
- 支持的softdevice版本号
- 应用程序版本号
假设新固件为app.hex,私钥文件为private_key.pem,芯片型号为nRF52,softdevice版本号为S132_nrf52_5.1.0,新固件版本号为0x02,最终生成的升级包文件为dfu_pkg.zip,那么对应的命令为:
nrfutil pkg generate
--application app.hex
--hw-version 52
--sd-req 0x5A
--application-version 0x02
--key-file private_key.pem
dfu_pkg.zip
命令中各参数含义很直观,值得一提的是--sd-req
这个参数,它表示固件运行所需的softdevice版本,0x5A表示softdevice S132_nrf52_5.1.0。
获得sd-req的数值至少有以下几种途径:
- 通过命令
nrfutil pkg generate --help
查看 - 在线文档,论坛帖子中查看
- 烧录一个BLE程序,在nrfgo Studio中查看
- 使用JFlash.exe打开softdevice.hex,找到地址0x300C的值(原理)
- 利用Hex2Bin转换工具(开源版、Keil版)将softdevice.hex转换成bin文件,然后利用任意十六进制查看器,查看地址0x300C的值
- 询问本文作者
如果在命令行中加入--debug-mode
参数,就可以在DFU的校验阶段,忽略sd-req信息。
(4)执行DFU
现在有了升级包,可以利用nrfutil执行DFU,从而省去将升级包复制到手机,再利用APP做DFU的复杂流程。
假设DFU的目标设备是一个nRF52832开发板,先对其下载softdevice和bootloader,这时能够看到Bootloader正在广播,我这里BLE设备名称为DfuTest。
准备一个nRF51开发板(PCA10028)作为DFU的操作主机,芯片中不用预先下载任何程序,连上电脑后记录它的串口号COMx。
执行命令:
nrfutil dfu ble
-pkg dfu_pkg.zip
-ic NRF51
-p COM6
-n DfuTest
-f
最后的参数-f
将自动给主机设备下载必要的固件程序。
这样就可以利用COM6对应的nRF51设备,向DfuTest设备做DFU升级,升级文件为dfu_pkg.zip,升级过程能看到一个进度条:
(完)
4 responses to “BLE DFU:生成升级包”
看了你的文章,真的想说:i know nothing.
兄弟,何出此言?
询问本文作者哈哈哈
哈哈哈