CN109445874A - 一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及嵌入式系统技术领域，特别涉及一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动系统及方法。本发明的一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动系统及方法，于嵌入式Linux系统的设备，在启动过程中增加UKey硬件身份安全认证。之后安装系统加载启动流程，在uboot初始化、liunx内核初始化、文件系统加载的各阶段，分别备份镜像文件存储，在某一阶段数据加载失败时，继续尝试本阶段其他备份存储区域。如此硬件身份认证保证系统启动的安全性，多存储区域多启动的方法，提高系统启动的稳定性。

Description

一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统及 方法

技术领域

本发明涉及嵌入式系统技术领域，特别涉及一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统及方法。

背景技术

Linux嵌入式应用是将Linux进行裁剪修改，使之能在嵌入式计算机系统上运行的一种操作系统。广泛应用在生活、工业、科研等领域。

嵌入式Linux应用的优点包括：

第一，Linux是开放源代码的，不存在黑箱技术，遍布全球的众多Linux爱好者都是Linux 开发者的强大技术支持者；而Windows CE是非开放性OS，使第三方难以实现产品定制。

第二，Linux的源代码随处可得，注释丰富，文档齐全，易于解决各种问题。

第三，Linux的内核小、效率高；而Windows CE在这方面是笨拙的，占用过多的RAM，应用程序庞大。

第四，Linux是免费的OS，在价格上具有竞争力，适合中国国情。Windows CE的版权费用时厂家不得不考虑的因素。

第五，Linux不仅支持x86芯片，还是一个跨平台的系统。到目前为止，它可以支持20-30 种CPU，很多CPU(包括家电业的芯片)厂商都开始做Linux的平台移植工作，而且移植的速度远远超过Java的开发环境。

第六，Linux内核的结构在网络方面是非常完整的，它提供了包括十兆位、百兆位及千兆位的以太网，还有无线网络、Token ring(令牌环)和光纤甚至卫星的支持。

第七，Linux在内核结构的设计中考虑适用系统的可裁减性的要求，Windows CE在内核结构设计中并未考虑适应系统的高度可减剪性的要求。

综上，Linux嵌入式应用既继承了Internet上无限的开放源代码资源，又具有嵌入式操作系统的特性。版权费免费，性能优异，软件移植容易，代码开放，有许多应用软件支持，和许多公开的代码可以参考和移植，所以应用产品开发周期短，新产品上市迅速，实时性能稳定性好安全性好，所以发展非常迅速。

随着嵌入式Linux的普及，对其使用的安全性和稳定性等各方面性能要求也越来越高。

Linux的应用已经超出了原来的传统主机的范畴，Linux已经大量应用在移动设备和物联网设备上。人们利用这些设备不仅用来运算，还进行安全交易，存储安全数据等等。这对Linux 内核提出了更高等级的安全需求。

Linux内核长期以其多年没有提升内核安全而深受诟病，主要原因是Linux社区里长期认为Linux的速度、效率是最重要的，而不是安全。LINUX认为如果因为安全问题而导致速度和效率受影响，那么提高安全是得不偿失的。另外还有些安全性的提升是没有用的，因为它们已经被证明很容易被攻破(比如内核地址随机化)。

正是有了这些不同的声音，多年来Linux内核并没有太大的安全提升，而且也正是因为当心快速修复漏洞而影响其他的性能，Linux内核的漏洞修复往往会太慢，而导致很多安全问题长期没有得到解决。

这些年除了SELinux及PXN技术还算是比较有效的防御手段之外，Linux的安全已经远远落后在windows之后。

综上，现提出一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动系统及方法，其能够大幅度提高嵌入式Linux系统的安全性。

本发明所采用的技术方案如下：

一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，包括启动安全认证模块，Uboot 程序初始化模块，Linux内核程序初始化模块和文件系统加载模块：

在所述的启动安全认证模块中，通过UKey硬件进行第一步安全认证；

在所述的Uboot程序初始化模块中，完成第二步安全认证；

在所述的Linux内核程序初始化模块中，完成第三步安全认证；

在所述的文件系统加载模块中，完成第四步安全认证，并直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

在所述的Uboot程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Uboot程序启动标志项的有效性，完成第二步安全认证。

在所述的Linux内核程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nandflash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Linux内核程序启动标志项的有效性，完成第三步安全认证。

在所述的文件系统加载模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash第一分区、 Nand flash第二分区……Nand flash第N分区，并依次验证文件系统启动标志项的有效性，完成第四步安全认证，直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，包括以下步骤：

A、开发板上电启动，并进行第一步安全认证，所述的第一步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第一步安全认证通过，进入Uboot程序初始化；

B、在Uboot程序初始化阶段通过备份镜像文件存储进行第二步安全认证，所述的第二步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第二步安全认证通过，进入Linux内核程序初始化；

C、在Linux内核程序初始化阶段通过备份镜像文件存储进行第三步安全认证，所述的第三步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第三步安全认证通过，进入文件系统加载；

D、在文件系统加载阶段通过备份镜像文件存储进行第四步安全认证，所述的第四步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第四步安全认证通过，完成启动。

步骤A具体包括：基于嵌入式Linux系统的装置上电开始启动，使用相应的安全认证UKey 进行所述的第一步安全认证。

步骤B具体包括：

B1、所述的第一步安全认证通过后，bootloader的开始初始化，搜索Nand flash内启动标志列表，读取Uboot程序启动标志项；

B2、验证Uboot程序启动标志项的有效性，如果Uboot程序启动标志项有效，则从Nand flash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Nor flash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Spi flash启动；如果标志项都无效则系统重启；

B3、所述的Uboot程序继续初始化过程，搜索flash存储介质的对应区域的启动标志列表，读取Linux内核启动标志项。

步骤C具体包括：

C1、验证Linux内核启动标志项的有效性，如果有效选择则从Nand flash启动；如果无效，则继续选择Nor flash启动；如果还无效，则继续选择Spi flash启动；如果都标志项都无效则系统重启；

C2、Linux内核加载并启动，设置Uboot程序的启动标志项为有效，且复位Linux内核的启动标志项为初始状态；

C3、Linux内核开始启动，搜索文件系统中的Nand flash第一分区的启动标志列表，读取文件系统启动标志项。

步骤D具体包括：

D1、验证文件系统启动标志项的有效性，如果有效选择Nand flash第一分区，如果无则继续选择Nand flash第二分区，如此依次验证；

D2、直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明的一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动系统及方法，于嵌入式 Linux系统的设备，在启动过程中增加UKey硬件身份安全认证。之后安装系统加载启动流程，在uboot初始化、liunx内核初始化、文件系统加载的各阶段，分别备份镜像文件存储，在某一阶段数据加载失败时，继续尝试本阶段其他备份存储区域。如此硬件身份认证保证系统启动的安全性，多存储区域多启动的方法，提高系统启动的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动系统的系统构架图；

图2为本发明的一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动方法的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如附图1所示，一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，包括启动安全认证模块，Uboot程序初始化模块，Linux内核程序初始化模块和文件系统加载模块：

在所述的启动安全认证模块中，通过UKey硬件进行第一步安全认证；

在所述的Uboot程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Uboot程序启动标志项的有效性，完成第二步安全认证。

在所述的Linux内核程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nandflash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Linux内核程序启动标志项的有效性，完成第三步安全认证。

在所述的文件系统加载模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash第一分区、 Nand flash第二分区……Nand flash第N分区，并依次验证文件系统启动标志项的有效性，完成第四步安全认证，直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

实施例二

如附图2所示，一种基于嵌入式LINUX系统的带安全认证的多启动方法，包括以下步骤：

1、首先基于开发板上电开始启动，插入Ukey进行身份安全认证，如果认证未通过，调试串口输出安全认证未通过提示，系统重新启动。

2、认证通过后，bootloader的开始初始化，搜索Nand flash内启动标志列表，读取Uboot 程序启动标志项。

3、验证Uboot程序启动标志项的有效性，如果Uboot程序启动标志项有效，则从Nand flash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Nor flash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Spi flash启动；如果标志项都无效则系统重启。

4、Uboot程序继续初始化过程，搜索flash存储介质的对应区域的启动标志列表，读取 Linux内核启动标志项。

5、验证Linux内核启动标志项的有效性，如果有效选择则从Nand flash启动；如果无效，则继续选择Nor flash启动；如果还无效，则继续选择Spi flash启动；如果都标志项都无效则系统重启。Linux内核加载并启动，设置Uboot程序的启动标志项为有效，且复位Linux内核的启动标志项为初始状态；

6、Linux内核开始启动，搜索Nand flash分区1的启动标志列表，读取文件系统启动标志项。

7、验证文件系统启动标志项的有效性，如果有效选择Nand flash分区1，如果无则继续选择Nand flash分区2，如此依次验证。直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，包括启动安全认证模块，Uboot程序初始化模块，Linux内核程序初始化模块和文件系统加载模块：

在所述的启动安全认证模块中，通过UKey硬件进行第一步安全认证；

在所述的Uboot程序初始化模块中，完成第二步安全认证；

在所述的Linux内核程序初始化模块中，完成第三步安全认证；

在所述的文件系统加载模块中，完成第四步安全认证，并直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

2.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，其特征在于，在所述的Uboot程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Uboot程序启动标志项的有效性，完成第二步安全认证。

3.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，其特征在于，在所述的Linux内核程序初始化模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nandflash、Nor flash和Spi flash，并依次验证Linux内核程序启动标志项的有效性，完成第三步安全认证。

4.根据权利要求1所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动系统，其特征在于，在所述的文件系统加载模块中，按照由高至低的优先级分别设置Nand flash第一分区、Nand flash第二分区……Nand flash第N分区，并依次验证文件系统启动标志项的有效性，完成第四步安全认证，直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。

5.一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，包括以下步骤：

A、开发板上电启动，并进行第一步安全认证，所述的第一步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第一步安全认证通过，进入Uboot程序初始化；

B、在Uboot程序初始化阶段通过备份镜像文件存储进行第二步安全认证，所述的第二步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第二步安全认证通过，进入Linux内核程序初始化；

C、在Linux内核程序初始化阶段通过备份镜像文件存储进行第三步安全认证，所述的第三步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第三步安全认证通过，进入文件系统加载；

D、在文件系统加载阶段通过备份镜像文件存储进行第四步安全认证，所述的第四步安全认证未通过，系统重新启动，所述的第四步安全认证通过，完成启动。

6.根据权利要求5所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，其特征在于，所述的步骤A具体包括：基于嵌入式Linux系统的装置上电开始启动，使用相应的安全认证UKey进行所述的第一步安全认证。

7.根据权利要求5所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，其特征在于，所述的步骤B具体包括：

B1、所述的第一步安全认证通过后，bootloader的开始初始化，搜索Nand flash内启动标志列表，读取Uboot程序启动标志项；

B2、验证Uboot程序启动标志项的有效性，如果Uboot程序启动标志项有效，则从Nandflash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Nor flash启动；如果Uboot程序启动标志项无效，则继续选择Spi flash启动；如果标志项都无效则系统重启；

B3、所述的Uboot程序继续初始化过程，搜索flash存储介质的对应区域的启动标志列表，读取Linux内核启动标志项。

8.根据权利要求5所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，其特征在于，所述的步骤C具体包括：

C1、验证Linux内核启动标志项的有效性，如果有效选择则从Nand flash启动；如果无效，则继续选择Nor flash启动；如果还无效，则继续选择Spi flash启动；如果都标志项都无效则系统重启；

C2、Linux内核加载并启动，设置Uboot程序的启动标志项为有效，且复位Linux内核的启动标志项为初始状态；

C3、Linux内核开始启动，搜索文件系统中的Nand flash第一分区的启动标志列表，读取文件系统启动标志项。

9.根据权利要求5所述的一种基于嵌入式Linux系统的带安全认证的多启动方法，其特征在于，所述的步骤D具体包括：

D1、验证文件系统启动标志项的有效性，如果有效选择Nand flash第一分区，如果无则继续选择Nand flash第二分区，如此依次验证；

D2、直到存储介质的文件系统分区，被Linux内核挂载成功，设置Linux内核的启动标志项为有效，完成启动。