TW531712B - Protected boot flow - Google Patents

Description

531712 五、發明說明（1) 1 ·發明領域 ^明背景 本發明一般說來乃 地說，乃有關於受保護啟統之啟動程4 更改。 *^序，可防錢“序遭^ 2 ·相關技術說明 在電腦系統能運作前， 腦的資源可以被其他軟體3己憶體中必須有作業系統， 制。我們想使不同種類^ °不同的應用程式）取得並控 樣的電腦系統硬體中， 的作業系統都可以载入至同 性、相對較簡單的自我啟動，=標，電腦硬體具有非揮發 能，並自碟片中載入更複ς ς舻可以初始化多種基本功 個階段的程式載入，每下L個=。啟動程序可以包括多 更強但更容易更動的程式，】2二就可載，更複雜、功能 傳續的么试士 直至丨載入作業系統本身Α μ 冷開機（一開始硬體的電源杲閃閂认、重置力月匕。這可能是 源已經打開了，但部份處在未知的邏輯狀態下）更= 他種開機狀況。t置的種類會影響啟動程序必帛執次疋其 些特定功能，但普遍來說並不會改變整體的啟動程^。、〃、 重置功能通常會產生一重置中斷向量，將系統導引至 揮發性記憶體中的程式，並自該處開始執行。此程式通常 是儲存在快閃（f 1 a sh)記憶體中的基本輸入輸出系統 ^ (Basic Input-Output System,簡稱BIOS)。BIOS可以致能 基本輸入輸出的控制、分支至某選用的唯讀記憶體中以致

第4頁 531712 五、發明說明（2) 能在特定系統中有效的選項，然後分支回到B I 0 S程式，以 完成初始化動作，並將作業系統自碟片載入至主記憶體 中。雖然此類系統中大部份的硬體是由電腦供應商提供， 但BIOS與選用唯讀記憶體（option ROM)通常是由第三者提 供，因此電腦供應商對這些項目的特殊内容通常所知有 限，也不太能夠掌控它們。此外，在電腦内的B I 0S與選用 唯讀記憶體兩者通常是可重覆程式化的，因此在系統安裝 過後，很容易遭受竄改。因為無法分辨B I 0S或是選用唯讀 記憶體是否遭受竄改，於是造成安全上的問題。而廣泛受 到關注的駭客入侵與電腦病毒事件，讓此問題更加令人煩 惱，因為系統很可能被未知且可能無法偵測的方法給破 壞。 因此，電腦供應商想要能夠查証自我啟動程序就是他們 要的那一個，任何未經授權的序列改變都能在啟動的時候 偵測出來，俾中斷啟動程序，並調查其中的問題。 發明摘要 本發明涵括一種啟動作業系統的方法，包括超動一重置 功能、執行受保護程式、確認B I 0S程式是否有效、執行 BIOS程式。 # 附圖之簡單說明 圖1係啟動程序之示意圖。 圖2係韌體中心區分段設計圖。 圖3係一另一種啟動程序的示意圖。 詳細說明

531712 五、發明說明（3) ' ------ 本舍明引進一組或多组受伴错的；A，罢# 的痒列中，4 “ 令置於不會被更改 的序列中忒序列可驗証部份其餘的啟動程序是否*效， 故在面彌補傳統啟動程序的不足。圖1係此系統""之"一 具體實施例。區塊丨0包含非揮發性記憶體，内有啟動程序 會2用到的指令與資料。韌體中心區（FWH)丨2為非揮發性 記憶體區塊’包含用來控制並確認啟動程序的指令（碼）。 B I OS 1 4為非揮發性記憶體區塊，其中可能包含一相當標 準的BIOS ’但修改成可以和FWH 12互相作用。 當系統啟動時，會喚起系統重置向量1 6，導引處理器開 始執行位於F WH 1 2之次區塊2 1中、韌體中心A(以下稱作 FWH — A)内某一特定位址的指令。fwH_A的程式碼會找出 BIOS 1 4的第一個次區塊23，稱為BI OS— A。接著FWH —A 21 驗註B I 0 S與韋刃體中心b (以下稱作F W Η 一 B) 2 5，以碟定其内含 的程式碼與預期相同。轉認的動作可以採取多種形式’這 取決於所需要的安全性層級。一具體實施例為檢查Β I 0S碼 的效驗和，並與儲存在中的值作比較。另一具體實 施例為使用數位簽章，以增加防護系統提供的次·全性。 FWHj可以包括一個表，以確認要實施的安全檢查種類’ 也包括要實施安全檢查的Β I 0 S對象以及執行檢查的程式 碼。 除了確認Β I 0S以外，用來確認並執行選用唯讀記憶體的 程式碼也可以包含在FWH 12或BIOS 14中。選用唯1買記憶 體可以包含在Β I 0 S 1 4内，或是另一個獨立的記丨思體區塊 中。 531712 五、發明說明（4) " --- -- 在驗5正^〇S之後，控制權交給位於BIOS 14中次區塊23 的BIOS j ^式碼手上。M〇Sj程式碼負責將主記憶體初始 化’ ’、定^央處理器重置的類別。開啟啟動程序的中央 ♦ ▲ 胃巧會景彡響啟動期間所執行的特定功能，但不 會改Ϊ動過程。在執行這些功能以後，控制權交給 位於 次區塊25内的FWH — B。FWH B程式碼負責鎖定 FM^(/)Bl〇S Η中不同的快閃記憶體區塊，、 J tί由防止進一步寫入至某-程式碼區•，而使該 王工·’、、品Α保持穩定的過程。這項特性普遍見於FWH 1 2常 使用的快閃記憶體。在被FWH — B鎖定之前，受影響的區塊 可以由啟動程式碼更新。緊接著鎖定之後，這些區塊就益 法在沒有重新執行啟動程序的狀況τ作進—步的修改。 FWH_B也可以載入額外的安全性元件至系統的記憶中，供 稍後使用。FWH —A也可以執行有限次數的鎖定動作。” 、不同的程式碼區塊可以在被鎖定之前更新。處理的方式 通常是在系統關機前’由作業系統將更新區塊寫入至預嗖 的主記憶體位置。當系統關機並重新開機以後，啟程式 會偵測到這些更新過的模組，驗証它們，然後將它 至包含啟動程式的非揮發性記憶體中。在安裝完這些更新 模組後，它們就會受到保護，免於更進一步的變動了 程容許必要的更新動作，但又能保護啟動程序， ^ ^ 間點之後就不會受到未經授權的竄改。 ’、 ^ 完成這些工作之後，控制權便交給位於BIA叩 中、則s_B内的程式石馬程式碼也可以二夕7卜的

531712 五、發明說明（5) 安全性介面，供其繼續執行標準開機自我測試（p〇Wei_Qn self-test，POST)時使用。BIOS 一 B也可依傳統方式分支至 選用唯讀記憶體。B I 0S一B包括作業系統載入器，開始作業 系統1 8載入至記憶體的過程。上述驗証過程的一個目的在 於確認此作業系統載入器的完整性。 圖2顯示韌體中心的内容是如何分配的。在一具體實施 例中，FWH啟動區塊31包含FWH一A程式碼，在生產過^/'中^尤 已經存放在該F W Η内。這可以是受硬體保護的單一 6 4千位 兀組（Κ Β )區塊，系統無法對其更新。此程式碼找出β I 〇 s j

的位置，並實施一驗証程序，以確認以⑽程式碼和預期的 相同。 、’ #B^〇S起始區塊32提供在FWH —A内執行的程式碼，但這通 吊疋由BIOS的供應商提供。它可以包括與“⑽j、bi〇s_】 :面的程式碼、及作為㈣3回復功能的程式㈣未緣於圖 °啟動區塊31與BIOS起始區塊32兩者都包含只有FM Z才㈢直接執行的程式碼。 的^= 一組由一或多個在啟動過程中就已經被鎖定 塊可以^冓成，因此在系統操作時會受到保護。每一個區 Manase別鎖定/快閃式媒體管理員（Flash Media 料。但Γ曰以下簡稱FMM)可以用來更新此鎖定區内的資 序中：：壬何想要寫入此區的動作都得在鎖定前的啟動程 寫入=區旦這些區塊被鎖定，FWH硬體就會防止任何 除鎖定⑽σ思體的動作。$些區塊只能藉由重設FWH而解 ，而此過程只會發生在中央處理單元重置時。要更

第8頁 531712 五、發明說明（6) 新這些區塊’得先將欲更新的 中央處理單元重置。在保護啟動^ :己憶體中’再起動 偵測出來，並且在鎖定區直正=仃日守，此映像會被 其内容。 ，、正破鎖定之前用此映像來更新 未鎖定區3 4是由一或多組本、 _ 可以在此做寫入的動作。只要I鎖疋的區塊所組成，因此 任意大小。這些區塊内的所：：：足肖，這些區塊可以為 圖2每個功能所能分配到的貝料都可糟由刚來管理。 特定系統種類的需求而定上塊數目是可以選擇的，依 在開始設計FWH與BI〇S程式碼時般兵的定丨青況是由BI0S的供應商 主要部份：FWH_A、BI0S A下’ /刀別描述了圖1的四個 FWH_A ~ FWH-B 以及BIOS—B 。 二ΑΛ式碼負責執行處理器模式的切換，…認系 #充内的权式碼。特別是它必彡百 ^ -V ^ y員在將控制權交給Β I 0S起始區 = 先對整個區塊進行確認。確認動作可藉由使用 或是更複雜的驗言正方式來完成。所有在此區内的程 ΐ:應該在不需要記憶體資源的狀態（或僅需有限的記 十思脰資源）下執行。 當回復更新區塊（矯正區塊）是可用的時候，其他安全性 軟體可以在抹除BI 起始區塊前先將其内容備份起來，然 $在更新程序中寫入新的BI0S起始區塊。萬一在更新動作 元成如’電源中斷了 ，這個備份就可以用來更新。PWjj a 私式碼决疋究竟是BIOS起始區塊或是矯正區塊内含有效的

第9頁 531712 五、發明說明（7) ^ 映像。 FW Η一A可以是重置處理器以後第一塊執行的程式碼。此 程式碼必須在不需初始化隨機存取記憶體的情況下執行 它由FWH啟動區塊提供，是可以信賴的程式碼。FWH —A執、 下列的功能· 1 )啟動向量-重置處理器時，第一個取得並執行的指令 就在此處。 2 )鎖疋啟動區塊-將啟動區塊彡又為鎖疋狀態。被鎖定的 程式碼是在啟動區塊外執行，因為快閃記憶體在執行自身 的程式碼時不能處於鎖定狀態。 3 )切換模式-將中央處理單元的模式切換成至純3 2位元 的環境。 4 )確認B I 0 S起始區塊-經由預設的方法執行確認的動 作，例如檢查效驗和。 5) 若確認動作失敗-結果不外是a)發出警告訊息並中止 系統’或是b)找出矯正區塊中的備份BIQS起始區塊並確認 它，如果通過確認則跳至該區塊，如果不能通過確認，則 發出警告訊息並中止系統。 6) 跳至BI0Sj—如果通過確認步驟4，則跳至BIOS —A程 式碼的進入點。 —

BIOS A

BlO^i程式碼是以⑽中第一塊被執行的程式碼。此程式 動的種類，致能隨機存取記憶體的資源，並 且將控制杻交還給FWH —B 〇BI0Sj的程式碼位於bi〇s起始

531712 五、發明說明（8) 區燒，被FWH一A程式碼呼叫。bi〇s_A碼執行下列的功能： 1)決定重開機-處理器重置的理由有許多種。這些理由 包括自省電睡眠狀態中喚醒、部份重開機、暖開機、冷開 機等等。啟動程序可依重開機種類的不同有些許變化。 2 )致能記憶體--旦重開機的種類決定，B I 0 A程式碼 可以回復記憶體控制器的狀態（暖開機、自睡眠狀態喚 醒）’或是對記憶體做重新初始化與測試的動作（冷開 機）。 3) 没疋FWH —B參數-BI 〇S_A程式碼依據啟動種類指出要 執^ 1路徑。它可以指示其他保護軟體的位置（暖開機）， 或疋指不載入其他保護軟體的位置（冷開機）。 4) 跳至FWH —B-在致能記憶體後，BI〇Sj程式碼可藉由 跳至FWH —B進入點的方式，交還控制權給FWH啟動區塊。 此备·式碼負音白甘从^ ^ __ 、貝目其他官理區塊初始化任何相關的保護性 軟體，用以更斩抓# +亦丄 > —y 更新那些需要在啟動程序中被更新的區塊、鎖 =.、然後將控制權交給觀_β。此程式碼可以執行 拍秘心’亚初始化任何相關的暫存器。 啟動種類，此乐_；員刀支（Branch)-根據在6103-八所決定的 入作辈备μ 式碼分支至接下來步驟3的其中一項：載 入㈣糸統、回到作業系統或是進行更新。 呆糸、、先-BIOS —Α的程式碼指示BIOS正在重新載 戰入作蚩备μ

第11頁 531712 五、發明說明（9) :地31相關保護性軟體的介面便應在此BIQS—A所指示 兮4丄:：、化：豐(stack)-記憶體資源是可用的，因此痛 5亥將堆豐初始化以供使用。 此應 5 )載入快閃式媒體管理員（F Μ Μ)至7愔娜以 動區塊複製到BIOS ^ 應該自啟 /农巧貝取值指定的記憶體位置中。 )，有需要’執行恢復動作_此時記憶體資源是

ImmV"啟純塊起始區塊更新失敗時可以回復。呼 叫FMM的回復功能即可完成此項工作。 设+ ^鎖定BIOS起始區塊_BI〇s起始區塊應該被鎖定。 :二初初始化灌，包括鎖定區與未鎖定區兩個 4刀亚合迕電力中斷後的回復動作。 的H人相^保護性軟體-可以在此時制步驟3所讀取 的介面載入其他保護程式。 ,10)在失敗時跳躍至BI0S回復_若是FMM鎖定的部份無法 ::b :或是無法找出相關的保護軟體，控制權可以 BIOS回復程式碼。 寻芏 11)鎖定區塊-鎖定所有鎖定區的區塊。 w 12)跳躍至BI0S-B-將控制權交給FWH内的BI〇s — B載入 器。 — 3) 返回作業系統—BI〇s一a程式碼指出Bi〇s正返回作業 統（例如自睡眠狀態下喚醒）。 /、’、 4) 鎖定區塊-不使用記憶體的資源，所有位於鎖定區的 區塊以及BIOS起始區塊都會被鎖定。

第12頁 531712 五、發明說明（ίο) 5) 切換至真實模式—在開啟映射記 前，處理器先回到真實模式。 -G體肀的W 〇s映像之 6) 跳躍至BI〇S相容^/動向量一將控 體中的B I OS映像。 市】％又口映射於記憶 3 )更新-B I 0 S A程式派扣-雜—广 —枉式碼&不鎖疋區正在進行更新， 要執仃可k任的更新請求。 應垓 4) 初始化堆疊—找出堆疊的位置並進行設定。 5) 確5忍有關的保護程式碼—任何有關的保護程式碼 該先確認過，以確保安全性軟體本身也是安全有效的。^ 6) 確说更新請求，並載入之—確認請求更新的 載入至記憶體中。 亚 7 )執行更新請求-將控制權交給更新請求，此更新於 會找出更新映像檔，檢查並載入它。 ， 8 )執行冷開機—起動一個完整的重開機。

BIOS—B 、BIOS— B的程式碼通常負責載入標準的bios，因此可視其 ，一BIOS載入器。實際上事件順序通常交由BI0S供應商^ 定，但可以依下列步驟： 1)載入BIOS至記憶體中—一旦載入至記憶體中，BIOS —B 程式碼即可將B I 〇S程式碼解壓縮。 2 )影像初始化-通常能愈早將影像輸出至螢幕愈好。 一 3 )執行完整的記憶體測試—只有/部份的低位址記憶體 會在啟動程序執行到B丨〇Sj時被初始化。此步驟可以測試 並初始化剩下的記憶體。

531712 五、發明說明（11) ' ~ -- 4) 初始化系統其他的部份。 5) 重^新安置有關的保護程式碼-此程式碼通常也位於記 憶體的南位址處’故此步驟將它移到前一個步驟的SMΜ碼 之下。相關表格可在其他處找到。 6) POST元2的開機自我測試（p〇wer —〇n seif — Test)。 另一具體實施例繪於圖3。FWH啟動區塊43包括子區塊44 中的BIOS一A程式碼，以及子區塊41中的FWH —B程式碼。 BIOS —A程式碼可由BI〇s製造者提供，而fwh — b程式碼可由 BIOS衣仏者或疋第二者提供。BI〇s — A程 =程式：便一起儲存在… :蒦子ί ί ? 裝置40的另外一部份中，可能沒有受到保 不會被修改，尊争i — 式在執行期間由硬體保護而 贫^勃二士 ，匕只能經由B1 os j的程式碼。因此系 更：執仃才啟動區塊43會受到保護，+會受到未經授權的 系統的重置向量42會使系統執行Μ 的指令。BI0S_A程式碼負責啟動 -中某一預疋位址 出F物式碼—B程憶體並找 期一般。接下來FWH — B程式碼將_ = y後者的内容如預 石馬，然後繼續系統的初始化工^制推/給BI0S-B程式 以上說明乃是示範之用，並二作業系統46。 技術之人士可做其他的變化。其中的做法。熟悉此 中’而本發明只限定在所附申：以皆涵括在本發明之 〇月專利乾圍的範疇與精神。

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Claims (1)

1. 531712 _案號90102921_年A月/ λ曰 修正_ 六、申請專利範圍 1 . 一種於電腦系統中啟動軟體之方法，由下列各項組 成： 啟始重置功能； 執行第一個受保護程式； 確認基本輸入輸出糸統（Β I〇S)程式，以及 執行Β I 0 S程式。 2 .如申請專利範圍第1項之方法，其中執行Β I OS程式包 括確認並執行一作業系統載入器。 3 .如申請專利範圍第1項之方法，其中確認動作包括找 出BIOS程式的位置。 4.如申請專利範圍第1項之方法，其中起始動作包括分 支到第一個受保護程式中啟動程序的進入點。 5 .如申請專利範圍第1項之方法，其中執行Β I 0S程式包 括初始化主記憶體。 6 .如申請專利範圍第1項之方法，其中執行Β I 0S程式包 括決定重置種類。 7 .如申請專利範圍第1項之方法，其中確認動作包括鎖 定第一個受保護程式與Β I 0 S程式兩者之中至少一個的一部 份。 8 .如申請專利範圍第1項之方法，其中確認Β I 0S程式包 括確認第二個受保護程式，而執行Β I 0 S程式包括執行第二 個受保護程式。 9 .如申請專利範圍第8項之方法，其中第二個受保護程 式是位於選用唯讀記憶體中的程式。

   O:\68\68641-920212.ptc 第16頁 531712 _案號90102921_年工月/Λ曰 修正_ 六、申請專利範圍 1 0 .如申請專利範圍第1項之方法，其中確認Β I 0 S程式包 括確認與安裝更新模組。 1 1. 一種於電腦系統中啟動軟體之方法，由下列各項組 成： 啟始重置功能； 執行第一個受保護程式； 至少確認第一與第二個BIOS程式兩者當中的其中一 個； 執行第一個Β I 0 S程式； 執行第二個受保護程式；以及 執行第二個Β I 0 S程式。 1 2.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中起始動作包括 分支至第一個受保護程式中啟動程序的進入點。 1 3.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中執行第一個受 保護程式包括確認第一與第二個Β I 0 S程式當中至少一個。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中執行第一個 Β I 0 S程式包括初始化主記憶體。 1 5.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中執行第一個 Β I 0 S程式包括決定重置種類。 1 6.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中在執行第一個 與第二個受保護程式時至少一次包括鎖定資料區塊的動 作，資料區塊包含於第一與第二個受保護程式、第一與第 二個BIOS程式當中的至少一個内。 1 7.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中執行第二個受

   O:\68\68641-920212.ptc 第17頁 531712 _案號90102921_年厶月/二日 修正_ 六、申請專利範圍 保護程式包括載入額外的安全性元件至記憶體中。 1 8.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中在執行第一與 第二個受保護程式時，至少一次包含確認作業系統載入器 的動作。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之方法，更進一步包括執行 作業系統載入器。 2 〇.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中確認動作包括 確認選用唯讀記憶體。 2 1.如申請專利範圍第2 0項之方法，其中執行第一與第 二個B I 0 S程式時，至少一次包含執行已確認的選用唯讀記 憶體程式。 2 2.如申請專利範圍第1 1項之方法，其中確認動作包括 確認並安裝更新权組。 2 3. —種機械可讀之媒體，其上已儲存一些指令，被至 少一個處理器執行時會使該處理器實施下列程序： 啟始重置功能； 執行受保護程式； 確認B I 0 S程式；以及 執行B I 0 S程式。 24. —種用來啟動軟體之裝置，由以下單元組成： 第一個記憶體區塊，包含第一個受保護的程式序列； 以及 第二個記憶體區塊，包含第二個程式序列，作為起動 一電腦系統之用；

   O:\68\68641-920212.ptc 第18頁 531712 _案號 90102921_p年丄月f上日__ 六、申請專利範圍 其中第一個程式序列包含確認第二個程式序列並將控 制權傳遞至第二個程式序列的指令。 2 5.如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中第一個程式序 列包括一些程式碼，能鎖定第一與第二個記憶體區塊兩者 當中至少一個的一部份。 2 6.如申請專利範圍第24項之裝置，其中第二個程式序 列包括BIOS程式序列。 2 7.如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中第一與第二個 程式序列當中至少一個會包括一些指令，能鎖定第一與第 二個記憶體區塊兩者當中至少一個的一部份。 2 8.如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中第一與第二個 程式序列兩者當中至少一個包括確認選用唯讀記憶體的指 〇 2 9.如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中第一與第二個 程式序列兩者當中至少一個包括確認並安裝更新模組的指 〇 3 0.如申請專利範圍第2 4項之裝置，其中第一個程式序 列包含找出第二個程式序列的程式碼。

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