为 Arch Linux 配置安全启动

最近为自己的 Arch Linux 配置了安全启动 (security boot)，在此记录一下流程以及遇到的问题。

实现安全启动#

关于安全启动的实现方法，Arch Wiki内有完整的描述，但由于其采用 wiki 方式写作，对流程描述较为复杂。本节旨在描述实现安全启动的最简方法，跳过更加详细深入的概念性内容。

注：本文仅描述了为 Arch Linux 设置安全启动，关于进一步的实现与 Windows 安全启动共存，请自行阅读 Arch Wiki相应条目。

生成 Key#

安全启动的实现包括四种 Key：

Platform Key(PK)
Key Exchange Key(KEK)
Signature Database(db)
Forbidden Signatures Database(dbx)

为了正常使用安全启动，我们至少需要前三种 Key。为了方便，我们可以使用脚本自动生成：

# 后文自动处理内核更新等操作的 sbupdate 工具默认使用位于/etc/efi-keys的Key。

# 为了方便，这里直接创建此目录并在该目录生成Key

mkdir /etc/efi-keys
cd !$
curl -L -O https://www.rodsbooks.com/efi-bootloaders/mkkeys.sh
chmod +x mkkeys.sh
./mkkeys.sh
<随意输入一个嵌入在key中的名字，例如"Secure Boot">

自动签名#

为了在内核、引导更新时自动签名，我们可以使用 sbupdate 工具。

安装#

通过如下命令安装：

yay -S sbupdate-git

配置#

安装后，我们需要为其写入配置，指明需要自动签名的内容。

打开 /etc/sbupdate.conf，修改配置文件，以下给出我的设置样例以及选项说明：

# Key所在的目录
KEY_DIR="/etc/efi-keys"
# EFI引导分区位置
ESP_DIR="/boot"
# 生成的单独EFI引导文件位置
OUT_DIR="EFI/Linux"
# 生成的单独EFI引导文件所携带的默认内核参数
CMDLINE_DEFAULT="loglevel=3 quiet nomce rw"
# 需要额外签名的文件，一般包括自己的启动加载器文件
# 理论上内核是自动签名的，但不知道为什么我的vmlinuz-linux-zen不行，因此我也把内核文件写在了这里
EXTRA_SIGN=('/boot/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI' '/boot/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi' '/boot/vmlinuz-linux-zen')

# 内核单独配置
INITRD["linux-zen"]="/boot/initramfs-linux-zen.img"
# 如果不进行内核参数的配置，默认使用上面的CMDLINE_DEFAULT
CMDLINE["linux-zen"]="root=PARTUUID=db9157b1-bed4-fa44-a715-5c1bfc8bdfb4 quiet nomce loglevel=3 rw"

以下对内核单独配置做特别说明：

sbupdate 会为每个内核生成一个直接的引导文件（位于 ${ESP_DIR}/${OUT_DIR}，文件名为 ${kernel_name}-signed.efi），其中包含了内核参数和临时文件系统的配置（分别对应配置文件中的 CMDLINE [${kernel_name}] 与 INITRD [${kernel_name}]）。

用户可以使用的引导方法有三种：

使用 boot loader（例如 grub/systemd-boot 等）的既有配置进行引导
直接使用该文件进行引导
使用 boot loader 调用该文件完成间接引导

用户当前使用的往往是第一种方法。在这种方法没有问题的情况下，其实是没有使用这个直接引导文件的必要的。即：

可以忽略上面的 OUT_DIR、CMDLINE_DEFAULT 和内核单独配置。

签名#

第一次配置完毕后，需要自己手动执行一下签名指令：

sudo sbupdate

在将来内核更新时，该工具会自动为其签名。

对于 systemd-boot 自动签名的特殊处理#

对于其他引导方法，可能上面配置方法已经足够，但如果你使用 systemd-boot 作为 boot loader，可能还需要进一步的配置。

hooks 执行顺序的处理#

关于这种情况的解释：

一般情况下，我们只需要在更新内核、systemd 时使用 pacman hook 更新签名，但在使用 systemd-boot 的情况下，我们同样需要在更新 systemd 时更新引导（即sudo bootctl update，该命令会替换 /boot/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI 和 /boot/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi 到最新版本），因此这时 hooks 的执行顺序成为了一个很大的问题 —— 我们需要确保引导的更新先于签名过程。

想必使用 systemd-boot 的用户应该了解使用 pacman hook 进行自动更新的方式（参见systemd boot - 自动更新）。在文档中给出的方法有两种：

安装 systemd-boot-pacman-hook（本质是下载了 systemd-boot.hook）
自己手动在 /etc/pacman.d/hooks/100-systemd-boot.hook 写入所给内容。

我们可以看到，sbupdate 自带的用于更新签名的 hook 名称为 95-sbupdate.hook，而根据alpm-hooks 文档所言：

Hooks are run in alphabetical order of their file name, where the ordering ignores the suffix.
钩子按其文件名的字母顺序运行，该顺序忽略后缀。

按照该规则，无论是方法 1 得到的 system-boot.hook 还是方法 2 写入的 100-systemd-boot.hook，都无法满足先于签名 hook 执行的需求。我的解决方法是使用方法 2，但将文件名修改为 90-systemd-boot.hook，使其满足顺序需求。

额外签名 boot loader 的处理#

我们已经解决了第一个障碍，不过不要急，这里还有一个问题。

我们把需要额外签名的 boot loader 文件写在了 sbupdate 的 EXTRA_SIGN 里，但注意到在 95-sbupdate.hook 中，更新签名使用的命令是/usr/bin/sbupdate -k，通过查看 sbupdate 源码66-72 行、195-205 行可以得知，-k 参数表明 sbupdate 是被 hook 调用的，而为了安全原因，使用 hook 调用 sbupdate 会跳过 EXTRA_SIGN 中的内容，这显然不是我们期望的。

解决方法也很简单，打开 /usr/share/libalpm/hooks/95-sbupdate.hook，将 - k 参数去除即可。

写入 Key 到 Bios#

完成上面的步骤后，已经万事具备，只欠东风了，最后我们只需要将 Key 写入到 Bios。

删除既有 Key#

Bios 默认会自带微软 Key，为了写入我们自己的 Key，需要将原有的 Key 删除。

在这一步骤中，需要进入 Bios，找到安全启动的证书管理选项，在里面选择删除即可。

写入新的 Key#

利用sbsigntools简化 Key 的写入过程。

首先我们需要一个这样的目录：

/etc/secureboot/keys
├── db
├── dbx
├── KEK
└── PK

执行如下命令进行创建：

mkdir -p /etc/secureboot/keys/{db,dbx,KEK,PK}

接着将之前位于/etc/efi-keys的*.auth文件拷贝到对应的目录（没有 dbx 是正常的）。

最后需要执行如下命令：

sbkeysync --verbose
sbkeysync --verbose --pk

如果有幸没有报错，恭喜你，已经完成了 Arch Linux 的安全启动配置，这就到 Bios 中开启安全启动选项并启动吧！

结语#

在本文中，我罗列出了自己为本机配置安全启动做的所有操作。尽管如此，我并不能保证读者们能够复现我的成功步骤。

如果你在执行文章中的某些步骤时出现差错，推荐阅读 Arch Wiki 的原文。原文中包括了同一步骤的多种实现方式，且给出了详细的错误处理，比该文更具有代表性。

晓风残月