为 Arch Linux 启用安全启动

物理保护数据的最后一道防线

发布于：2025/07/20

标签：GNU/Linux

参考 Arch Linux 中文维基 UEFI/安全启动#sbctl 可信平台模块 和 Arch Linux Wiki systemd-cryptenroll 以及 Bilibili UP unixchad 的视频 在Arch Linux上启用UEFI/安全启动：sbctl 编写

安全启动的作用（为什么需要安全启动？）

虽然在我们的教程里把/boot放进了加密分区内，但总会有未加密的引导加载器（如果你按照我的教程安装的话那就是/efi）暴露在外面

那么这时，假如有攻击者能从物理层面上接触到你的电脑，那么 TA 就有可能对我们的引导加载器做手脚，使其能够在我们下次开启电脑时获取我们的解密密钥甚至任何信息，并发送给攻击者（这被称为“邪恶女佣攻击”）

（在某些极端情况下甚至不需要物理接触，如果攻击者已经在你的设备开机时黑入，那么 TA 同样可以植入病毒）

为了应对这种情况，我们就需要安全启动了。当它被开启后，在我们启动系统前，安全启动会检查我们的引导加载器上是否存在签名、签名是否与自身保存的密钥对应，如果其中一项是否，那么就会拒绝启动，从而保证系统不被篡改

签署引导加载器

安装 sbctl

我们先安装sbctl

# pacman -S sbctl

进入 setup mode

CAUTION

请注意，开启这个模式后就可以朝 BIOS 内写入密钥了，请保证只在设置密钥时打开，否则恶意攻击者也可以向你的主板内写入 TA 的密钥

首先重启到你的 BIOS 设置，找到安全/Security页面，把安全启动关闭并把模式设置为setup mode并删除所有预装密钥（这部分几乎所有主板都不一样，请自行摸索，实在抱歉）（如果找不到setup mode的选项那么删除所有密钥大概应该就能进入），然后保存并重启

重启后我们使用sbctl检查安全启动状态

$ sbctl status
Installed:      ✗ sbctl is not installed
Setup Mode:     ✗ Enabled
Secure Boot:    ✗ Disabled
Vendor Keys:    none

如果显示如上三个✗以及none的话，我们就可以开始下一步了，如果不是，你可能需要回去检查一下你的 BIOS 设置

没错，是✗，第一个✗代表我们还没有给引导加载器签名，第二个✗表示开启了setup mode，第三个✗表示安全启动是关闭状态，这都代表不安全，但这正是我们现在需要的状态 然后none代表我们删除了所有预装密钥，这是为了保证以后我们的 BIOS 只信任我们自己的密钥，而不是包括设备制造商或微软的

生成密钥并登记到 BIOS

使用sbctl生成密钥

# sbctl create-keys

稍等片刻，密钥便生成好了，生成的密钥会被放在/var/lib/sbctl/这个路径下（不需要去动，只要知道就好了） 然后我们将登记到 BIOS 中

# sbctl enroll-keys

CAUTION

如果你有使用双系统的需求或启用安全启动后系统无法启动，请使用sbctl enroll-keys -m，这会同时登记微软的密钥

TIP

运行sbctl enroll-keys后会马上关闭setup mode，如果需要更改密钥或重新导入，需要到 BIOS 界面重新开启

签署文件

终于，我们正式开始签署我们的文件

首先我们重新生成一次initramfs，这会帮我们自动签署生成的文件

# mkinitcpio -P

然后列出所有待签署的文件

# sbctl verify
Verifying file database and EFI images in /efi...
✗ /efi/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI is not signed
✓ /efi/EFI/Linux/arch-linux-fallback.efi is signed
✓ /efi/EFI/Linux/arch-linux.efi is signed
✗ /efi/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi is not signed
failed to verify file /efi/loader/entries.srel: /efi/loader/entries.srel: invalid pe header
failed to verify file /efi/loader/loader.conf: /efi/loader/loader.conf: invalid pe header
failed to verify file /efi/loader/random-seed: /efi/loader/random-seed: invalid pe header

如果你按照我的教程并使用systemd-boot作为引导加载器，那么你的输出应该跟我类似，使用grub会有所不同，但大同小异，挨个签名就好

你可能有注意到，这个列表里有一些failed to verify开头的文件，这代表了它不是一个需要被签署的二进制文件，可以被安全的忽略

如果你是把esp分区挂载到了/boot下，那么这里会列出你安装的内核（如/boot/vmlinuz-linux），你需要一并签名

接下来，我们来挨个签署它们，使用-s参数来追踪，使引导加载器或内核更新后能自动重新签署

# sbctl sign -s /efi/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

以此类推，直到所有文件被签署完毕

# sbctl verify
Verifying file database and EFI images in /efi...
✓ /efi/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI is signed
✓ /efi/EFI/Linux/arch-linux-fallback.efi is signed
✓ /efi/EFI/Linux/arch-linux.efi is signed
✓ /efi/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi is signed
failed to verify file /efi/loader/entries.srel: /efi/loader/entries.srel: invalid pe header
failed to verify file /efi/loader/loader.conf: /efi/loader/loader.conf: invalid pe header
failed to verify file /efi/loader/random-seed: /efi/loader/random-seed: invalid pe header

CAUTION

如果你使用systemd-boot作为引导加载器，那么你需要关闭用于更新的systemd-boot-update.service这个systemd服务，转而用systemd-boot-pacman-hook这个在aur的软件包进行更新

（参考 Arch Linux 中文维基中 Systemd-boot#自动更新 及 UEFI/安全启动#使用pacman钩子自动签署 中的提示）

启用安全启动

再次运行sbctl status

$ sbctl status     
Installed:      ✓ sbctl is installed
Owner GUID:     xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx
Setup Mode:     ✓ Disabled
Secure Boot:    ✗ disabled
Vendor Keys:    none

如果一切顺利，你的输出应该跟上面所示的一样了（其实在登记完密钥后就已经应该是这样了）

此时我们再进入 BIOS，开启安全启动，见证奇迹的发生

如果成功重启，再次运行sbctl status

$ sbctl status     
Installed:      ✓ sbctl is installed
Owner GUID:     xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx
Setup Mode:     ✓ Disabled
Secure Boot:    ✓ Enabled
Vendor Keys:    none

那么恭喜你🎉，你成功为你的 Arch Linux 亲手启用了安全启动

使用 TPM 2.0 自动解密根分区

启用了安全启动后，我们就可以通过让 TPM 读取安全启动状态来自动解密根分区了，需要配合systemd-boot使用（或者使用grub引导 UKI 镜像）

检查 TPM 支持

首先检查 tpm 模块是否存在以及版本号

$ cat /sys/class/tpm/tpm0/device/description
TPM 2.0 Device

需要输出TPM 2.0 Device

也可以使用systemd-analyze同时检查 TPM 2.0 和必要的软件依赖

$ systemd-analyze has-tpm2
yes
+firmware
+driver
+system
+subsystem
+libraries
  +libtss2-esys.so.0
  +libtss2-rc.so.0
  +libtss2-mu.so.0

TIP

如果输出版本为 1.2 或没有输出的话，可能不是不支持 TPM 2.0，而是默认关闭了，可以进入 BIOS 检查是否有开启或切换版本的选项

如果支持，那么我们就可以为分区注册 TPM 了

在注册前，我们可以先看看当前已注册的解密方式

# systemd-cryptenroll /dev/sda2
SLOT TYPE    
   0 password

可以看到只有一个密码

也可以查看下已安装的 TPM 设备，如果有多个可以手动指定（虽然大部分人的电脑应该都只有一个）

$ systemd-cryptenroll --tpm2-device=list
PATH        DEVICE      DRIVER 
/dev/tpmrm0 MSFT0101:00 tpm_crb

注册 TPM 到加密分区

WARNING

请在安全启动已成功启用的状态下注册！

# systemd-cryptenroll --tpm2-device=auto --tpm2-pcrs=7 /dev/sda2
🔐 Please enter current passphrase for disk /dev/sda2: (press TAB for no echo) 
New TPM2 token enrolled as key slot 1.

使用--tpm2-pcrs=7来检测安全启动状态

输入你的解密密码，如果显示New TPM2 token enrolled as key slot 1.就是注册成功了

NOTE

如果有多个的话，把--tpm2-device=auto改成--tpm2-device=/dev/tpmrm0或其他显示的路径来指定其中一个

这时再列出所有已注册的解密方式，就能看到 TPM 了

# systemd-cryptenroll /dev/sda2
SLOT TYPE    
   0 password
   1 tpm2

启用自动解密

获取加密分区的 UUID

# blkid -s UUID -o value /dev/sda2
xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx

创建或编辑/etc/crypttab.initramfs

# nvim /etc/crypttab.initramfs

写入以下内容

cry0 UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx none tpm2-device=auto

NOTE

如果如果前面有指定的话，记得把这里的--tpm2-device=auto也改成跟前面一致

再重新生成initramfs镜像

# mkinitcpio -P

为 BIOS 设置密码

最后，在你的 BIOS 设置里设置一个管理员密码，否则攻击者同样可以轻而易举的进入你的 BIOS 关闭安全启动，那么我们做的这些事情就没有意义了