充電樁嵌入式系統中，安全啟動（Secure Boot）是保障系統安全運行的關鍵環節。它確保設備在啟動過程中，加載的軟件均來自可信來源且未被篡改，極大降低了惡意軟件入侵風險，保障了充電樁系統的穩定與安全。

一、安全啟動原理

安全啟動基于非對稱加密原理構建信任鏈。簡單來說，在編譯階段，廠商利用私鑰對固件（包括分區表和應用鏡像等）進行簽名，生成獨一無二的數字簽名。而在設備端，Bootloader（引導加載程序）預先保存與之對應的公鑰。當設備啟動時，Bootloader會讀取存儲在閃存中的固件及其簽名，運用公鑰對簽名進行驗證。若簽名驗證成功，表明固件未被篡改且來源可信，系統將繼續啟動流程；反之，若驗證失敗，系統會終止啟動，防止不可信軟件運行。

例如，常見的ECDSA（橢圓曲線數字簽名算法）簽名算法就常用于這一過程。在生成簽名時，私鑰對指定的二進制文件進行運算生成簽名；驗證時，公鑰則依據簽名和原始文件，判斷簽名是否有效。

二、實現步驟

1.生成密鑰對

在PC端，使用工業級加密程序生成公鑰/私鑰對。例如，執行“openssl ecparam -name prime256v1-genkey-noout-out my_secure_boot_signing_key.pem”指令可生成用于簽名的私鑰文件，同時對應生成公鑰。私鑰務必妥善保管，一旦泄露，任何使用該私鑰簽名的鏡像都能繞過啟動時的簽名驗證。

2.編譯與簽名

編譯Bootloader：在編譯Bootloader鏡像時，若配置中使能了安全啟動選項，編譯工具會將生成的公鑰編譯到Bootloader鏡像中，使Bootloader具備安全啟動支持能力。

編譯并簽名分區表和應用鏡像：使用私鑰對分區表和應用鏡像進行簽名計算，生成對應的簽名，并將簽名編譯到相應的二進制文件中。這些簽名將作為后續啟動時驗證的關鍵依據。

3.首次啟動設置

生成并保存安全密鑰：芯片首次啟動時，硬件隨機數生成器會產生一個256-bit的AES安全密鑰（secure boot key），該密鑰被保存在具有讀寫保護功能的efuse中。同時，利用這個密鑰、一個隨機數IV和Bootloader鏡像計算出secure digest，將secure digest與隨機數IV保存在閃存的0x0地址，用于后續啟動時驗證Bootloader鏡像是否被篡改。

設置相關標志位：若在配置中選擇禁止JTAG中斷和ROM BASIC中斷，Bootloader會將efuse中的相應標志位設置為禁止狀態，以增強系統安全性。完成上述操作后，通過燒寫efuse中的ABS_DONE_0標志位，永久使能安全啟動功能。

4.后續啟動驗證

ROM Bootloader驗證：芯片后續啟動時，ROM Bootloader檢測到efuse中的ABS_DONE_0被燒寫，便從閃存地址0x0讀取第 一次啟動時保存的secure digest和隨機數IV。硬件利用efuse中的安全密鑰、隨機數IV與當前的Bootloader鏡像計算當前的secure digest，對比兩者。若不同，立即終止啟動；若相同，則執行軟件Bootloader。

軟件Bootloader驗證：軟件Bootloader讀取自身鏡像中保存的公鑰，對閃存中的分區表和應用鏡像的簽名進行驗證。只有驗證成功，才會引導系統進入應用代碼執行階段。

三、注意事項

Bootloader燒寫限制：正常使用場景下，Bootloader鏡像通常只允許燒寫一次，這是為防止攻擊者通過重新燒寫Bootloader來繞過后續鏡像驗證，破壞安全啟動機制。若有特殊需求需重復燒寫Bootloader，務必采用嚴格的安全措施，如對生成的安全密鑰進行嚴密保護。

密鑰安全：私鑰和安全啟動密鑰的安全至關重要。任何一方泄露都可能導致安全啟動機制失效，使得惡意軟件有機可乘。

OTA升級考慮：針對OTA（空中下載技術）升級的鏡像，必須使用私鑰進行簽名。在OTA過程中，系統會運用公鑰對升級鏡像進行簽名驗證，確保升級內容的安全性和完整性。

安全啟動是充電樁嵌入式系統安全的重要防線，通過嚴謹的密鑰管理、規范的編譯簽名流程以及嚴格的啟動驗證機制，能夠有效提升充電樁系統的安全性，保障其穩定可靠運行，為用戶提供安全的充電服務。