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Actualizaciones dinámicas del sistema

Las actualizaciones dinámicas del sistema (DSU) le permiten crear una imagen del sistema Android que los usuarios pueden descargar de Internet y probar sin el riesgo de dañar la imagen actual del sistema. Este documento describe cómo admitir DSU.

Requisitos del kernel

Consulte Implementación de particiones dinámicas para conocer los requisitos del kernel.

Además, DSU se basa en la función del kernel device-mapper-verity (dm-verity) para verificar la imagen del sistema Android. Por lo tanto, debe habilitar las siguientes configuraciones del kernel:

  • CONFIG_DM_VERITY=y
  • CONFIG_DM_VERITY_FEC=y

Requisitos de partición

A partir de Android 11, DSU requiere que la partición /data use el sistema de archivos F2FS o ext4. F2FS ofrece un mejor rendimiento y se recomienda, pero la diferencia debería ser insignificante.

A continuación, se muestran algunos ejemplos de cuánto tiempo lleva una actualización dinámica del sistema con un dispositivo Pixel:

  • Usando F2FS:
    • 109s, usuario 8G, sistema 867M, tipo de sistema de archivos: F2FS: cifrado = aes-256-xts: aes-256-cts
    • 104s, usuario 8G, sistema 867M, tipo de sistema de archivos: F2FS: cifrado = hielo
  • Usando ext4:
    • 135s, usuario 8G, sistema 867M, tipo de sistema de archivos: ext4: cifrado = aes-256-xts: aes-256-cts

Si tarda mucho más en su plataforma, es posible que desee comprobar si el indicador de montaje contiene algún indicador que hace que la escritura sea "sincronizada", o puede especificar un indicador "asíncrono" explícitamente para obtener un mejor rendimiento.

La partición de metadata (16 MB o más) es necesaria para almacenar datos relacionados con las imágenes instaladas. Debe montarse durante el montaje de la primera etapa.

La partición de datos de userdata debe utilizar el sistema de archivos F2FS o ext4. Cuando utilice F2FS, incluya todos los parches relacionados con F2FS disponibles en el kernel común de Android .

DSU fue desarrollado y probado con kernel / common 4.9. Se recomienda utilizar el kernel 4.9 y superior para esta función.

Comportamiento HAL del proveedor

Weaver HAL

El tejedor HAL proporciona un número fijo de ranuras para almacenar claves de usuario. La DSU consume dos ranuras de clave adicionales. Si un OEM tiene una HAL de tejedor, debe tener suficientes ranuras para una imagen de sistema genérica (GSI) y una imagen de host.

Gatekeeper HAL

El Gatekeeper HAL debe admitir valores de USER_ID grandes, porque GSI desplaza los UID al HAL en +1000000.

Verificar arranque

Si desea admitir el arranque de imágenes GSI de desarrollador en estado BLOQUEADO sin deshabilitar el arranque verificado, incluya las claves GSI de desarrollador agregando la siguiente línea al archivo device/<device_name>/device.mk :

$(call inherit-product, $(SRC_TARGET_DIR)/product/developer_gsi_keys.mk)

Protección contra retroceso

Al usar DSU, la imagen del sistema Android descargada debe ser más reciente que la imagen del sistema actual en el dispositivo. Esto se hace comparando los niveles de parche de seguridad en el descriptor de propiedad AVB de Android Verified Boot (AVB) de ambas imágenes del sistema: Prop: com.android.build.system.security_patch -> '2019-04-05' .

Para los dispositivos que no usan AVB, coloque el nivel de parche de seguridad de la imagen del sistema actual en el cmdline del kernel del cargador de arranque: androidboot.system.security_patch=2019-04-05 .

Requisitos de hardware

Cuando lanza una instancia de DSU, se asignan dos archivos temporales:

  • Una partición lógica para almacenar GSI.img (1 ~ 1,5 G)
  • Una partición de /data vacía de 8 GB como zona de pruebas para ejecutar GSI

Recomendamos reservar al menos 10 GB de espacio libre antes de lanzar una instancia de DSU. DSU también admite la asignación desde una tarjeta SD. Cuando hay una tarjeta SD, tiene la máxima prioridad para la asignación. La compatibilidad con tarjetas SD es fundamental para los dispositivos de menor potencia que pueden no tener suficiente almacenamiento interno. Cuando haya una tarjeta SD, asegúrese de que no sea adoptada. DSU no admite tarjetas SD adoptadas .

Fronteras disponibles

Puede iniciar DSU utilizando adb , una aplicación OEM o el cargador DSU con un solo clic (en Android 11 o superior).

Lanzamiento de DSU usando adb

Para iniciar DSU usando adb, ingrese estos comandos:

$ simg2img out/target/product/.../system.img system.raw
$ gzip -c system.raw > system.raw.gz
$ adb push system.raw.gz /storage/emulated/0/Download
$ adb shell am start-activity \
-n com.android.dynsystem/com.android.dynsystem.VerificationActivity  \
-a android.os.image.action.START_INSTALL    \
-d file:///storage/emulated/0/Download/system.raw.gz  \
--el KEY_SYSTEM_SIZE $(du -b system.raw|cut -f1)  \
--el KEY_USERDATA_SIZE 8589934592

Lanzamiento de DSU usando una aplicación

El principal punto de entrada a DSU es la API android.os.image.DynamicSystemClient.java :

public class DynamicSystemClient {


...
...

     /**
     * Start installing DynamicSystem from URL with default userdata size.
     *
     * @param systemUrl A network URL or a file URL to system image.
     * @param systemSize size of system image.
     */
    public void start(String systemUrl, long systemSize) {
        start(systemUrl, systemSize, DEFAULT_USERDATA_SIZE);
    }

Debe empaquetar / preinstalar esta aplicación en el dispositivo. Dado que DynamicSystemClient es una API de sistema, no puede crear la aplicación con la API de SDK normal y no puede publicarla en Google Play. El propósito de esta aplicación es:

  1. Obtenga una lista de imágenes y la URL correspondiente con un esquema definido por el proveedor.
  2. Haga coincidir las imágenes de la lista con el dispositivo y muestre imágenes compatibles para que el usuario las seleccione.
  3. Invoque DynamicSystemClient.start así:

    DynamicSystemClient aot = new DynamicSystemClient(...)
       aot.start(
            ...URL of the selected image...,
            ...uncompressed size of the selected image...);
    
    

La URL apunta a un archivo de imagen del sistema comprimido con gzip, no disperso, que puede crear con los siguientes comandos:

$ simg2img ${OUT}/system.img ${OUT}/system.raw
$ gzip ${OUT}/system.raw
$ ls ${OUT}/system.raw.gz

El nombre del archivo debe seguir este formato:

<android version>.<lunch name>.<user defined title>.raw.gz

Ejemplos:

  • o.aosp_taimen-userdebug.2018dev.raw.gz
  • p.aosp_taimen-userdebug.2018dev.raw.gz

Cargador DSU con un clic

Android 11 presenta el cargador DSU de un clic, que es una interfaz en la configuración del desarrollador.

Lanzamiento del cargador DSU

Figura 1. Lanzamiento del cargador DSU

Cuando el desarrollador hace clic en el botón DSU Loader , obtiene un descriptor DSU JSON preconfigurado de la web y muestra todas las imágenes aplicables en el menú flotante. Seleccione una imagen para iniciar la instalación de DSU y el progreso se muestra en la barra de notificaciones.

Progreso de la instalación de la imagen de DSU

Figura 2. Progreso de la instalación de la imagen de DSU

De forma predeterminada, el cargador de DSU carga un descriptor JSON que contiene las imágenes GSI. Las siguientes secciones demuestran cómo crear paquetes de DSU firmados por el OEM y cargarlos desde el cargador de DSU.

Bandera de función

La función DSU está bajo el indicador de función settings_dynamic_android . Antes de usar DSU, asegúrese de que el indicador de función correspondiente esté habilitado.

Habilitando el indicador de función.

Figura 3. Habilitación del indicador de función

Es posible que la interfaz de usuario del indicador de función no esté disponible en un dispositivo que ejecute una compilación de usuario. En este caso, use el comando adb lugar:

$ adb shell setprop persist.sys.fflag.override.settings_dynamic_system 1

Imágenes del sistema host del proveedor en GCE (opcional)

Una de las posibles ubicaciones de almacenamiento para las imágenes del sistema es el depósito de Google Compute Engine (GCE). El administrador de la versión usa la consola de almacenamiento de GCP para agregar, eliminar o cambiar la imagen del sistema publicada.

Las imágenes deben ser de acceso público, como se muestra aquí:

Acceso público en GCE

Figura 4. Acceso público en GCE

El procedimiento para hacer público un elemento está disponible en la documentación de Google Cloud .

DSU de varias particiones en archivo ZIP

A partir de Android 11, DSU puede tener más de una partición. Por ejemplo, puede contener un product.img además del system.img . Cuando se inicia el dispositivo, la primera etapa init detecta las particiones ESD instalados y sustituye a la partición en el dispositivo temporalmente, cuando el ESD instalado está activado. El paquete DSU puede contener una partición que no tiene una partición correspondiente en el dispositivo.

Proceso DSU con múltiples particiones

Figura 5. Proceso de DSU con múltiples particiones

DSU firmado por el OEM

Para asegurarse de que todas las imágenes que se ejecutan en el dispositivo estén autorizadas por el fabricante del dispositivo, se deben firmar todas las imágenes dentro de un paquete DSU. Por ejemplo, suponga que hay un paquete DSU que contiene dos imágenes de partición como se muestra a continuación:

dsu.zip {
    - system.img
    - product.img
}

Tanto system.img como product.img deben estar firmados por la clave OEM antes de que se coloquen en el archivo ZIP. La práctica común es usar un algoritmo asimétrico, por ejemplo, RSA, donde la clave secreta se usa para firmar el paquete y la clave pública se usa para verificarlo. El /avb/*.avbpubkey primera etapa debe incluir la clave pública de /avb/*.avbpubkey , por ejemplo, /avb/*.avbpubkey . Si el dispositivo ya adoptó AVB, el procedimiento de firma existente será suficiente. Las siguientes secciones ilustran el proceso de firma y resaltan la ubicación de la clave pública AVB que se usa para verificar las imágenes en el paquete DSU.

Descriptor DSU JSON

El descriptor DSU JSON describe los paquetes DSU. Soporta dos primitivas. En primer lugar, la primitiva de include incluye descriptores JSON adicionales o redirige el cargador DSU a una nueva ubicación. Por ejemplo:

{
    "include": ["https://.../gsi-release/gsi-src.json"]
}

En segundo lugar, la primitiva de image se utiliza para describir los paquetes de DSU publicados. Dentro de la primitiva de la imagen hay varios atributos:

  • Los atributos de name y details son cadenas que se muestran en el cuadro de diálogo para que el usuario las seleccione.

  • Los cpu_api , vndk y os_version se utilizan para las comprobaciones de compatibilidad, que se describen en la siguiente sección.

  • El atributo opcional pubkey describe la clave pública que se empareja con la clave secreta que se usa para firmar el paquete DSU. Cuando se especifica, el servicio DSU puede verificar si el dispositivo tiene la clave utilizada para verificar el paquete DSU. Esto evita instalar un paquete de DSU no reconocido, por ejemplo, instalar una DSU firmada por OEM-A en un dispositivo fabricado por OEM-B.

  • El atributo tos opcional apunta a un archivo de texto que describe los términos de servicio para el paquete de DSU correspondiente. Cuando un desarrollador selecciona un paquete de DSU con el atributo de términos de servicio especificado, se abre el cuadro de diálogo que se muestra en la Figura 6, solicitando al desarrollador que acepte los términos de servicio antes de instalar el paquete de DSU.

    Cuadro de diálogo Condiciones de servicio

    Figura 6. Cuadro de diálogo Condiciones de servicio

Como referencia, aquí hay un descriptor DSU JSON para GSI:

{
   "images":[
      {
         "name":"GSI+GMS x86",
         "os_version":"10",
         "cpu_abi": "x86",
         "details":"exp-QP1A.190711.020.C4-5928301",
         "vndk":[
            27,
            28,
            29
         ],
         "pubkey":"",
         "tos": "https://dl.google.com/developers/android/gsi/gsi-tos.txt",
         "uri":"https://.../gsi/gsi_gms_x86-exp-QP1A.190711.020.C4-5928301.zip"
      },
      {
         "name":"GSI+GMS ARM64",
         "os_version":"10",
         "cpu_abi": "arm64-v8a",
         "details":"exp-QP1A.190711.020.C4-5928301",
         "vndk":[
            27,
            28,
            29
         ],
         "pubkey":"",
         "tos": "https://dl.google.com/developers/android/gsi/gsi-tos.txt",
         "uri":"https://.../gsi/gsi_gms_arm64-exp-QP1A.190711.020.C4-5928301.zip"
      },
      {
         "name":"GSI ARM64",
         "os_version":"10",
         "cpu_abi": "arm64-v8a",
         "details":"exp-QP1A.190711.020.C4-5928301",
         "vndk":[
            27,
            28,
            29
         ],
         "pubkey":"",
         "uri":"https://.../gsi/aosp_arm64-exp-QP1A.190711.020.C4-5928301.zip"
      },
      {
         "name":"GSI x86_64",
         "os_version":"10",
         "cpu_abi": "x86_64",
         "details":"exp-QP1A.190711.020.C4-5928301",
         "vndk":[
            27,
            28,
            29
         ],
         "pubkey":"",
         "uri":"https://.../gsi/aosp_x86_64-exp-QP1A.190711.020.C4-5928301.zip"
      }
   ]
}

Gestión de compatibilidad

Se utilizan varios atributos para especificar la compatibilidad entre un paquete DSU y el dispositivo local:

  • cpu_api es una cadena que describe la arquitectura del dispositivo. Este atributo es obligatorio y se compara con la propiedad del sistema ro.product.cpu.abi . Sus valores deben coincidir exactamente.

  • os_version es un entero opcional que especifica una versión de Android. Por ejemplo, para Android 10, os_version es 10 y para Android 11, os_version es 11 . Cuando se especifica este atributo, debe ser igual o mayor que la propiedad del sistema ro.system.build.version.release . Esta comprobación se utiliza para evitar el arranque de una imagen GSI de Android 10 en un dispositivo de proveedor de Android 11, que actualmente no es compatible. Se permite iniciar una imagen GSI de Android 11 en un dispositivo con Android 10.

  • vndk es una matriz opcional que especifica todos los VNDK que se incluyen en el paquete DSU. Cuando se especifica, el cargador DSU comprueba si se incluye el número extraído de la propiedad del sistema ro.vndk.version .

Revocación de claves DSU por seguridad

En el caso extremadamente raro de que el par de claves RSA utilizado para firmar las imágenes de la DSU se vea comprometido, el ramdisk debe actualizarse lo antes posible para eliminar la clave comprometida. Además de actualizar la partición de arranque, puede bloquear las claves comprometidas mediante una lista de revocación de claves DSU (lista negra de claves) de una URL HTTPS.

La lista de revocación de claves DSU contiene una lista de claves públicas AVB revocadas. Durante la instalación de DSU, las claves públicas dentro de las imágenes de DSU se validan con la lista de revocación. Si se encuentra que las imágenes contienen una clave pública revocada, el proceso de instalación de DSU se detiene.

La URL de la lista de revocación de claves debe ser una URL HTTPS para garantizar la seguridad y se especifica en una cadena de recursos:

frameworks/base/packages/DynamicSystemInstallationService/res/values/strings.xml@key_revocation_list_url

El valor de la cadena es https://dl.google.com/developers/android/gsi/gsi-keyblacklist.json , que es una lista de revocación de claves GSI liberadas por Google. Esta cadena de recursos se puede superponer y personalizar, de modo que los OEM que adopten la función DSU puedan proporcionar y mantener su propia lista negra de claves. Esto proporciona una forma para que el OEM bloquee ciertas claves públicas sin actualizar la imagen del disco ram del dispositivo.

El formato de la lista de revocación es:

{
   "entries":[
      {
         "public_key":"bf14e439d1acf231095c4109f94f00fc473148e6",
         "status":"REVOKED",
         "reason":"Key revocation test key"
      },
      {
         "public_key":"d199b2f29f3dc224cca778a7544ea89470cbef46",
         "status":"REVOKED",
         "reason":"Key revocation test key"
      }
   ]
}
  • public_key es el resumen SHA-1 de la clave revocada, en el formato descrito en la sección de generación de la clave pública AVB .
  • status indica el estado de revocación de la clave. Actualmente, el único valor admitido es REVOKED .
  • reason es una cadena opcional que describe el motivo de la revocación.

Procedimientos DSU

Esta sección describe cómo realizar varios procedimientos de configuración de DSU.

Generando un nuevo par de claves

Utilice el comando openssl para generar un par de claves pública / privada RSA en formato .pem (por ejemplo, con un tamaño de 2048 bits):

$ openssl genrsa -out oem_cert_pri.pem 2048
$ openssl rsa -in oem_cert_pri.pem -pubout -out oem_cert_pub.pem

Es posible que no se pueda acceder a la clave privada y que solo se mantenga en un módulo de seguridad de hardware (HSM) . En este caso, puede haber un certificado de clave pública x509 disponible después de la generación de la clave. Consulte la sección Agregar la clave pública de emparejamiento al disco ram para obtener instrucciones sobre cómo generar la clave pública AVB a partir de un certificado x509.

Para convertir un certificado x509 a formato PEM:

$ openssl x509 -pubkey -noout -in oem_cert_pub.x509.pem > oem_cert_pub.pem

Omita este paso si el certificado ya es un archivo PEM.

Adición de la clave pública de emparejamiento al disco ram

La oem_cert.avbpubkey debe colocarse en /avb/*.avbpubkey para verificar el paquete DSU firmado. Primero, convierta la clave pública en formato PEM al formato de clave pública AVB:

$ avbtool extract_public_key --key oem_cert_pub.pem --output oem_cert.avbpubkey

Luego, incluya la clave pública en el disco RAM de la primera etapa con los siguientes pasos.

  1. Agregue un módulo prediseñado para copiar el avbpubkey . Por ejemplo, agregue device/<company>/<board>/oem_cert.avbpubkey y device/<company>/<board>/avb/Android.mk con contenido como este:

    include $(CLEAR_VARS)
    
    LOCAL_MODULE := oem_cert.avbpubkey
    LOCAL_MODULE_CLASS := ETC
    LOCAL_SRC_FILES := $(LOCAL_MODULE)
    ifeq ($(BOARD_USES_RECOVERY_AS_BOOT),true)
    LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_RECOVERY_ROOT_OUT)/first_stage_ramdisk/avb
    else
    LOCAL_MODULE_PATH := $(TARGET_RAMDISK_OUT)/avb
    endif
    
    include $(BUILD_PREBUILT)
    
  2. Haga que el objetivo de droidcore dependa de la oem_cert.avbpubkey agregada:

    droidcore: oem_cert.avbpubkey
    

Generando el atributo pubkey AVB en el descriptor JSON

La oem_cert.avbpubkey está en formato binario de clave pública AVB. Use SHA-1 para hacerlo legible antes de colocarlo en el descriptor JSON:

$ sha1sum oem_cert.avbpubkey | cut -f1 -d ' '
3e62f2be9d9d813ef5........866ac72a51fd20

Este será el contenido del atributo pubkey del descriptor JSON.

   "images":[
      {
         ...
         "pubkey":"3e62f2be9d9d813ef5........866ac72a51fd20",
         ...
      },

Firma de un paquete de DSU

Utilice uno de estos métodos para firmar un paquete de DSU:

  • Método 1: reutilice el artefacto creado por el proceso de firma AVB original para crear un paquete DSU. Un enfoque alternativo es extraer las imágenes ya firmadas del paquete de lanzamiento y usar las imágenes extraídas para crear el archivo ZIP directamente.

  • Método 2: utilice los siguientes comandos para firmar particiones DSU si la clave privada está disponible. Cada img dentro de un paquete DSU (el archivo ZIP) se firma por separado:

    $ key_len=$(openssl rsa -in oem_cert_pri.pem -text | grep Private-Key | sed -e 's/.*(\(.*\) bit.*/\1/')
    $ for partition in system product; do
        avbtool add_hashtree_footer \
            --image ${OUT}/${partition}.img \
            --partition_name ${partition} \
            --algorithm SHA256_RSA${key_len} \
            --key oem_cert_pri.pem
    done
    

Para obtener más información sobre cómo agregar add_hashtree_footer mediante avbtool , consulte Uso de avbtool .

Verificación del paquete DSU localmente

Se recomienda verificar todas las imágenes locales con la clave pública de emparejamiento con estos comandos:


for partition in system product; do
    avbtool verify_image --image ${OUT}/${partition}.img  --key oem_cert_pub.pem
done

La salida esperada se ve así:

Verifying image dsu/system.img using key at oem_cert_pub.pem
vbmeta: Successfully verified footer and SHA256_RSA2048 vbmeta struct in dsu/system.img
: Successfully verified sha1 hashtree of dsu/system.img for image of 898494464 bytes

Verifying image dsu/product.img using key at oem_cert_pub.pem
vbmeta: Successfully verified footer and SHA256_RSA2048 vbmeta struct in dsu/product.img
: Successfully verified sha1 hashtree of dsu/product.img for image of 905830400 bytes

Hacer un paquete DSU

El siguiente ejemplo system.img un paquete DSU que contiene un system.img y un product.img :

dsu.zip {
    - system.img
    - product.img
}

Después de que ambas imágenes estén firmadas, use el siguiente comando para crear el archivo ZIP:

$ mkdir -p dsu
$ cp ${OUT}/system.img dsu
$ cp ${OUT}/product.img dsu
$ cd dsu && zip ../dsu.zip *.img && cd -

Personalización de la DSU de un clic

De forma predeterminada, el cargador de DSU apunta a un metadato de imágenes GSI que es https://...google.com/.../gsi-src.json .

Los OEM pueden sobrescribir la lista definiendo la propiedad persist.sys.fflag.override.settings_dynamic_system.list que apunta a su propio descriptor JSON. Por ejemplo, un OEM puede proporcionar metadatos JSON que incluyen GSI, así como imágenes patentadas del OEM como esta:

{
    "include": ["https://dl.google.com/.../gsi-src.JSON"]
    "images":[
      {
         "name":"OEM image",
         "os_version":"10",
         "cpu_abi": "arm64-v8a",
         "details":"...",
         "vndk":[
            27,
            28,
            29
         ],
         "spl":"...",
         "pubkey":"",
         "uri":"https://.../....zip"
      },

}

Es posible que un OEM encadene los metadatos de DSU publicados como se muestra en la Figura 7.

Encadenamiento de metadatos de DSU publicados

Figura 7. Encadenamiento de metadatos de DSU publicados