RPMB原理介紹

可信平臺模塊（TPM）概念介紹

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RPMB（Replay Protected Memory Block）Partition 是 eMMC 中的一個(gè)具有安全特性的分區(qū)。

eMMC 在寫入數(shù)據(jù)到 RPMB 時(shí)，會校驗(yàn)數(shù)據(jù)的合法性，只有指定的 Host 才能夠?qū)懭耄瑫r(shí)在讀數(shù)據(jù)時(shí)，也提供了簽名機(jī)制，保證 Host 讀取到的數(shù)據(jù)是 RPMB 內(nèi)部數(shù)據(jù)，而不是攻擊者偽造的數(shù)據(jù)。

RPMB 在實(shí)際應(yīng)用中，通常用于存儲一些有防止非法篡改需求的數(shù)據(jù)，例如手機(jī)上指紋支付相關(guān)的公鑰、序列號等。RPMB 可以對寫入操作進(jìn)行鑒權(quán)，但是讀取并不需要鑒權(quán)，任何人都可以進(jìn)行讀取的操作，因此存儲到 RPMB 的數(shù)據(jù)通常會進(jìn)行加密后再存儲。

容量大小

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兩個(gè)RPMB Partition 的大小是由Extended CSD register 的 BOOT_SIZE_MULT Field 決定，大小的計(jì)算公式如下：

Size = 128Kbytes x BOOT_SIZE_MULT

一般情況下，Boot Area Partition 的大小是128KB的倍數(shù)，EMMC中默認(rèn)為 4 MB，即 RPMB_SIZE_MULT 為 32，部分芯片廠家會提供改寫 RPMB_SIZE_MULT 的功能來改變 RPMB Partition 的容量大小。RPMB_SIZE_MULT 最大可以為 128，即 Boot Area Partition 的最大容量大小可以為 128 x 128 KB = 16384 KB = 16 MB。

Replay Protect 原理

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使用 eMMC 的產(chǎn)品，在產(chǎn)線生產(chǎn)時(shí)，會為每一個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)一個(gè)唯一的 256 bits 的 Secure Key，燒寫到 eMMC 的 OTP 區(qū)域（只能燒寫一次的區(qū)域），同時(shí) Host 在安全區(qū)域中（例如：TEE）也會保留該 Secure Key。

在 eMMC 內(nèi)部，還有一個(gè)RPMB Write Counter。RPMB 每進(jìn)行一次合法的寫入操作時(shí)，Write Counter 就會自動加一 。

通過 Secure Key 和 Write Counter 的應(yīng)用，RMPB 可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取和寫入的 Replay Protect。

RPMB 數(shù)據(jù)讀取

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1、 Host 向 eMMC 發(fā)起讀 RPMB 的請求，同時(shí)生成一個(gè) 16 bytes 的隨機(jī)數(shù)，發(fā)送給 eMMC。

2、 eMMC 將請求的數(shù)據(jù)從 RPMB 中讀出，并使用 Secure Key 通過 HMAC SHA-256 算法，計(jì)算讀取到的數(shù)據(jù)和接收到的隨機(jī)數(shù)拼接到一起后的簽名。然后，eMMC 將讀取到的數(shù)據(jù)、接收到的隨機(jī)數(shù)、計(jì)算得到的簽名一并發(fā)送給 Host。

3、 Host 接收到 RPMB 的數(shù)據(jù)、隨機(jī)數(shù)以及簽名后，首先比較隨機(jī)數(shù)是否與自己發(fā)送的一致，如果一致，再用同樣的 Secure Key 通過 HMAC SHA-256 算法對數(shù)據(jù)和隨機(jī)數(shù)組合到一起進(jìn)行簽名，如果簽名與 eMMC 發(fā)送的簽名是一致的，那么就可以確定該數(shù)據(jù)是從 RPMB 中讀取到的正確數(shù)據(jù)，而不是攻擊者偽造的數(shù)據(jù)。

通過上述的讀取流程，可以保證 Host 正確的讀取到 RPMB 的數(shù)據(jù)。

RPMB 數(shù)據(jù)寫入

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1、Host 按照上面的讀數(shù)據(jù)流程，讀取 RPMB 的 Write Counter（通過Write Counter來識別數(shù)據(jù)的有效性）。

2、 Host 將需要寫入的數(shù)據(jù)和 Write Counter 拼接到一起并計(jì)算簽名，然后將數(shù)據(jù)、Write Counter 以及簽名一并發(fā)給 eMMC。

3、eMMC 接收到數(shù)據(jù)后，先對比 Write Counter 是否與當(dāng)前的值相同，如果相同那么再對數(shù)據(jù)和 Write Counter 的組合進(jìn)行簽名，然后和 Host 發(fā)送過來的簽名進(jìn)行比較，如果簽名相同則鑒權(quán)通過，將數(shù)據(jù)寫入到 RPMB 中。

通過上述的寫入流程，可以保證 RPMB 不會被非法篡改。

注意：UFS中RPMB也采用了和EMMC相同的原理。