浅谈解锁bootloader与背后的原理

Boot Rom#

高通平台启动流程

根据流程图可以看见，在设备通电后，会首先运行PBL(Primary Boot Loader)。此时CPU会从固定地址(如ROM)执行Boot Rom代码¹，初始化最低级的硬件(如时钟,CPU核心等)。之后他会加载SBL(Secondary Boot Loader)到SRAM，并使用Root of trust公钥来验证SBL的签名。

PBL(XBL或者SBL)#

这部分便是今天要讲的重点——Bootloader。他主要的流程如下：

1
读取Boot Mode->
2
初始化启动接口(UFS,USB,eMMC,NAND)->
3
读取下一阶段镜像->
4
验证数字签名(RSA+SHA-256)->
5
├─ 验证通过 → 加载 SBL 并跳转
6
└─ 验证失败 → 进入 Download Mode（刷机接口）

显而易见，PBL的目标是最大化保护设备的安全，以下简单讲几个有关的安全机制:

签名验证(Signature Verification)
- 让所有要启动的 Next-stage Bootloader (SBL/XBL) 都必须经过OEM Key的签名验证
防回滚(Rollback Protection)
- 防止刷入低于eFuse记录版本的固件这也是为什么，即使你有官方签名的旧版本固件，也无法手动刷入。这是因为其版本号低于eFuse中记录的版本，PBL拒绝了该镜像的加载
安全模式入口(EDL/Download Mode)限制
- 大多OEM厂商都会限制安全模式入口。限制后，新版设备可能需要配合授权服务器（如 Mi Auth、Samsung KNOX）才能刷机，PBL 会要求 PC 工具和 OEM 服务器握手，验证授权 Token。
- 这也是为什么售后能帮你刷机降级。员工会使用公司提供的PC工具，验证其员工身份，得到授权后可以进入该模式进行刷机。但由于内部内鬼等原因，时不时会有内部Token放出来出售(点名表扬小米😅)

你会发现，在流程中，他会验证镜像是否经过OEM/厂家的签名认证。

这意味着——无论你使用什么刷机工具(Fastboot、MiFlash等)去刷入固件，最终能否启动，取决于PBL是否认可该镜像的签名。

这也是为什么你要在解锁Bootloader后，才能刷入第三方ROM。

PBL与Bootloader锁#

Bootloader的锁定状态是由eFuse/OTP(One-Time Programmable Memory)记录，在PBL启动时会读取这些硬件熔丝位(Fuse Bits)

在寄存器中一般会记录一下信息:

BOOT_UNLOCK:表示当前解锁状态(0 = Locked, 1 = Unlocked)
OEM_KEY_HASH:厂商公钥的哈希值，用于签名验证
ANTI-ROLLBACK_VER:防回滚版本号。用于验证镜像版本，确保镜像版本 ≥ eFuse版本，防止降级到存在漏洞的固件。

解锁Bootloader流程#

以 Android + Qualcomm SoC 为例：

用户通过 fastboot oem unlock 发送解锁命令。
Fastboot 模式下的 Secondary Bootloader（SBL/XBL） 会请求用户确认（擦除数据）。
SBL/XBL 向 Qualcomm Secure Execution Environment（QSEE, TrustZone） 发送解锁请求。
QSEE 调用 PBL 对接的安全熔丝编程接口（OEM 控制）烧录 BOOT_UNLOCK=1。
解锁完成， PBL 在启动链中会跳过 OEM Key 验证，或者采用开发者密钥（用于允许第三方镜像）。

NOTE
PBL 自身不会被修改，但它的行为会因熔丝位（Fuse Bit）的状态而改变。

熔断机制#

个人觉得熔断机制挺有趣的，简单讲讲:

在硅片集成电路内部，设计了由薄金属或多晶硅工艺实现的特殊可控连线。这条连线在出厂时是导通的，芯片运行时可通过高电压/电流或激光能量将其永久断开（或改变其物理状态），从而记录一个“1”或“0”的状态。

基于其是在物理层面的熔断，因此无法恢复。比如Samsung Knox

Samsung Knox#

流程#

以Bootloader解锁为例:

用户在 Download Mode 下选择 “OEM Unlock” 并确认
当前运行在 SBL（或 ABL）阶段的 Bootloader 向 TrustZone Secure Monitor 发起 SMC（Secure Monitor Call） 请求：
```
1
`smc_call(SMC_CMD_BLOW_FUSE, KNOX_WARRANTY_BIT_ID);`
```
TrustZone 内的安全固件（TZSW）通过 eFuse Controller 选中对应的熔丝行列地址
硬件打开 VPP 高压电源轨（通常在芯片设计时是隔离状态，只在安全状态下可用，防止自己电自己）
在一个很短的时间内向该熔丝单元施加大电流/高压
熔丝链路永久断开（熔断），逻辑状态从 0 → 1
把新状态Latch到一个只读寄存器（Boot ROM 在每次启动时读取）

恭喜你！你的手机将会…

Samsung Pay/Samsung Pass 永久不可用
安全文件夹功能无法使用
保修失效 …

NOTE
理论上可以烧写另一个位表示重新锁定（部分 SoC 采用双位方案 LOCK/UNLOCK），但是我不懂捏

IMPORTANT
如果你打算购入Samsung的二手机，需要注意这一点，以免一失足成千古恨。

end~😌

这段Boot Rom代码写死在SoC内部的Mask Rom里，无法更改。 ↩

Boot Rom#

PBL(XBL或者SBL)#

PBL与Bootloader锁#

解锁Bootloader流程#

熔断机制#

Samsung Knox#

流程#

Footnotes#