Signieren von Firmware¶

Beim Signieren von Firmware handelt es sich um einen Vorgang, bei dem
die Firmware mit einer digitalen
Signatur
versehen wird. Der Einsatzzweck dieser Signatur beschränkt sich aktuell
auf die Überprüfung, ob die Firmware bzw. nachladbare Teile davon
(=AVM-Plugins) aus einer vertrauenswürdigen Quelle stammen und damit
geflasht bzw. nachgeladen und eingebunden werden dürfen. In Bezug auf
die Firmware ist dieser Mechanismus erst seit Fritz!OS-6.5x von AVM
scharf geschaltet. Seit dieser Version kann über das
Standard-Web-Interface von AVM nur noch eine aus einer
vertrauenswürdigen und zum Flash-Zeitpunkt der auf der Box laufenden
Firmware bekannten Quelle geflasht werden.

Um zu verstehen, was der letzte Satz konkret bedeutet, sei kurz auf die
Grundprinzipien des digitalen Signierens eingegangen (für tiefgehende
Informationen sei auf zahlreiche Artikeln im Internet verwiesen, z.B.
auf
diesen
Wikipedia-Artikel).

Im Rahmen des digitalen Signierens sind im wesentlichen folgende
Schritte/Sachverhalte von Bedeutung:

• Die Erzeugung eines aus einem privaten und aus einem öffentlichen
  Schlüssel bestehenden Schlüsselpaars. Der private Schlüssel wird
  dabei mit einem Passwort versehen, sodass der Schlüssel nur von der
  Person verwendet werden kann, die im Besitz des Schlüssels ist und
  das Passwort dazu kennt.
• Der private Schlüssel aus dem Schlüsselpaar wird vom Absender einer
  digitalen Nachricht verwendet und dient dem Zweck, diese digitale
  Nachricht mit einer digitalen Signatur zu versehen.
• Die digitale Signatur ermöglicht es dem Empfänger der Nachricht mit
  Hilfe des öffentlichen Schlüssels (auch Verifikationsschlüssel
  genannt) die nicht-abstreitbare Urheberschaft und Integrität der
  Nachricht zu prüfen.

Für unseren Anwendungsfall bedeutet es nun folgendes:

• Die digitale Nachricht ist das Firmware-Image.
• Der Absender der Nachricht ist die Quelle, aus der das
  Firmware-Image stammt. Die Quelle muss im Besitz des gesamten
  Schlüsselpaars sein (also beider Schlüssel) und das Passwort kennen,
  mit dem der private Schlüssel geschützt ist.
• Der Empfänger der Nachricht ist die zum Zeitpunkt des Flash-Vorgangs
  auf der Box laufende Firmware-Version. Diese muss im Besitz des
  öffentlichen Schlüssels (des Verifikationsschlüssels) sein.

Ein (digital signiertes) Firmware-Image wird also dann als "aus einer
vertrauenswürdigen Quelle stammend" eingestuft, wenn der öffentliche
Schlüssel dieser Quelle der auf der Box laufenden Firmware bekannt ist
und der Signatur-Prüfungsvorgang bestanden wird.

Der private, der geheime Schlüssel, mit dem AVM die Original-Images
signiert, liegt uns aus verständlichen Gründen nicht vor (und wenn dies
auch anders wäre, müssten wir auch noch das Passwort dazu kennen). Damit
bleibt uns nichts anderes übrig, als es zu versuchen, ein
selbstsigniertes Image zu erzeugen und die auf der Box laufende Firmware
dazu zu zwingen dieses zu akzeptieren. Dabei sind folgende Hürden zu
überwinden:

• Der aus mathematischer/technischer Sicht schwierigste Teil besteht
  darin, es zu verstehen, worin genau nun ein Signiervorgang bzw. ein
  Signatur-Prüfungsvorgang in der AVM-Firmware besteht?
  Glücklicherweise hat der (im IPPF-Forum sehr gut bekannte)
  Entwickler
  PeterPawn
  diesbezüglich eine super Arbeit geleistet und im Rahmen seines
  YourFritz-Projektes
  alles
  dokumentiert
  und den entsprechenden
  Quellcode
  zu Verfügung gestellt, der inzwischen auch in Freetz eingebaut ist.
• Wie oben schon mehrfach erwähnt, damit ein signiertes Image den
  Prüfungsvorgang besteht, muss die auf der Box laufende Firmware den
  öffentlichen Schlüssel der Quelle kennen. Dies ist für unser
  selbstsigniertes Image natürlich nicht der Fall. D.h. wir müssen es
  irgendwie schaffen, unseren öffentlichen Schlüssel auf die Box
  einzuschleusen. Haben wir dies einmal geschafft, so kann jedes
  weitere selbstsignierte Image über das reguläre AVM-Web-Interface
  geflasht werden, vorausgesetzt man verwendet genau dasselbe
  Schlüsselpaar zum Signieren und vergisst es nicht, den öffentlichen
  Schlüssel in jedes neue Image mitaufzunehmen.

Diese zweite Aufgabe ist streng genommen nicht ganz trivial. Es ist
geplant, einen eigenen Artikel zu diesem Thema zu verfassen. An dieser
Stelle seien stichwortartig mögliche Lösungen angedeutet:

• Ein Downgrade (mittels Recovery) auf eine ältere Firmware-Version,
  die noch unsignierte Images akzeptiert hat. Aus dieser älteren
  Firmware-Version heraus muss dann eine jüngere Firmware-Version
  geflasht werden, die unseren öffentlichen Schlüssel enthält.
• Hat man zufälligerweise einen Telnet-Zugang auf die Box, so kann
  mittels der "drüber mounten"-Methode (mount -o bind ... ...)
  eines der AVM-Schlüssel temporär durch den eigenen ersetzt werden.
• Bei NOR-Boxen kann ein den öffentlichen Schlüssel enthaltendes Image
  mittels
  push_firmware
  auf die Box gebracht werden.
• Bei NAND-Boxen kann ein den öffentlichen Schlüssel enthaltendes
  Image mittels der
  eva-to-memory-Methode
  auf die Box gebracht werden.

Konkrete Anwendung in Freetz¶

• Man aktiviere die Experten-Ansicht in Freetz ("Level of User
  Competence" = Expert).
• Unter "Firmware packaging (fwmod) options" aktiviere man die
  Option "Sign image" und gebe das Passwort für den privaten
  Schlüssel direkt dadrunter ein (das Passwort wird aus der ins Image
  kopierten Version der .config entfernt).
• Anschließend baue man ganz normal eine Freetz-Firmware.

Durch das Aktivieren dieser Optionen wird folgendes bewirkt:

• Handelt es um den allerersten Durchlauf, bei dem ein
  selbstsigniertes Image erzeugt werden soll, so werden die zum
  Signieren benötigten Dateien erzeugt und im Homeverzeichnis des
  Users unter den Namen mit folgendem Präfix abgelegt:
  .freetz.image_signing. Diese Dateien sind vom User zu sichern und
  von dem Zeitpunkt an beim Bauen/Signieren aller weiteren Images zu
  verwenden. Oder andersrum ausgedrückt - es macht keinen Sinn, sich
  diese Dateien immer wieder aufs Neue erzeugen zu lassen, da man dann
  jedes Mal aufs Neue das Problem lösen muss "wie bringt man den neu
  erzeugten öffentlichen Schlüssel auf die Box". Dies ist auch der
  Grund, warum die Dateien im Homeverzeichnis des Users abgelegt
  werden und nicht in dem Freetz-Build-Verzeichnis selbst (hat man
  mehrere Build-Verzeichnisse für verschiedene Boxen wird dadurch für
  jede Box dasselbe Schlüsselpaar verwendet). Es sei nochmal darauf
  hingewiesen, dass diese Dateien vom User zu sichern sind und z.B.
  bei einem Build-System-Wechsel manuell auf das neue System zu
  kopieren sind.
• Liegen die Dateien dagegen vor, so werden sie einfach verwendet. Der
  öffentliche Schlüssel wird dabei in einem speziellen Format mit ins
  Image unter dem Namen /etc/avm_firmware_public_key9 aufgenommen
  (bzgl. des Formats s. die detaillierte Beschreibung von PeterPawn).
• Hat man es geschafft und der eigene öffentliche Schlüssel befindet
  sich auf der Box, so kann jedes weitere mit genau demselben
  Schlüsselpaar signierte Image über das AVM-Web-Interface geflasht
  werden.