Modul kripto GKI yang dapat disertifikasi FIPS 140-3

Kernel GKI menyertakan modul kernel Linux bernama fips140.ko yang mematuhi persyaratan FIPS 140-3 untuk modul software kriptografi. Modul ini dapat dikirimkan untuk mendapatkan sertifikasi FIPS jika produk yang menjalankan kernel GKI memerlukannya.

Persyaratan FIPS 140-3 berikut khususnya harus dipenuhi sebelum rutin kripto dapat digunakan:

• Modul harus memeriksa integritasnya sendiri sebelum menyediakan algoritma kriptografi.
• Modul harus menjalankan dan memverifikasi algoritma kriptografinya yang disetujui menggunakan uji mandiri jawaban yang diketahui sebelum menyediakannya.

Alasan modul kernel terpisah

Validasi FIPS 140-3 didasarkan pada gagasan bahwa setelah modul berbasis software atau hardware disertifikasi, modul tersebut tidak akan pernah diubah. Jika diubah, sertifikasi harus dilakukan ulang. Hal ini tidak sesuai dengan proses pengembangan software yang digunakan saat ini, dan sebagai akibat dari persyaratan ini, modul software FIPS umumnya dirancang agar berfokus seketat mungkin pada komponen kriptografi, untuk memastikan bahwa perubahan yang tidak terkait dengan kriptografi tidak memerlukan evaluasi ulang kriptografi.

Kernel GKI dimaksudkan untuk diperbarui secara rutin selama masa pakainya yang didukung. Hal ini membuat seluruh kernel tidak dapat berada dalam batas modul FIPS, karena modul tersebut harus disertifikasi ulang setiap kali ada update kernel. Menentukan "modul FIPS" sebagai subset image kernel akan mengurangi masalah ini, tetapi tidak akan menyelesaikannya, karena konten biner "modul FIPS" akan tetap berubah lebih sering daripada yang diperlukan.

Sebelum kernel versi 6.1, pertimbangan lain adalah bahwa GKI dikompilasi dengan LTO (Link Time Optimization) diaktifkan, karena LTO adalah prasyarat untuk Integritas Alur Kontrol yang merupakan fitur keamanan penting.

Oleh karena itu, semua kode yang tercakup dalam persyaratan FIPS 140-3 dikemas ke dalam modul kernel terpisah fips140.ko yang hanya mengandalkan antarmuka stabil yang diekspos oleh sumber kernel GKI yang digunakan untuk membangunnya. Artinya, modul dapat digunakan dengan rilis GKI yang berbeda dari generasi yang sama, dan modul harus diupdate dan dikirim ulang untuk mendapatkan sertifikasi hanya jika ada masalah yang diperbaiki dalam kode yang dibawa oleh modul itu sendiri.

Kapan harus menggunakan modul

Kernel GKI sendiri membawa kode yang bergantung pada rutin kripto yang juga dikemas ke dalam modul kernel FIPS 140-3. Oleh karena itu, rutin kripto bawaan tidak benar-benar dipindahkan dari kernel GKI, tetapi disalin ke dalam modul. Saat modul dimuat, rutin kripto bawaan akan dibatalkan pendaftarannya dari Linux CryptoAPI dan digantikan oleh rutin yang dibawa oleh modul.

Artinya, modul fips140.ko sepenuhnya bersifat opsional, dan hanya masuk akal untuk men-deploy-nya jika sertifikasi FIPS 140-3 adalah persyaratan. Selain itu, modul tidak memberikan kemampuan tambahan, dan memuatnya secara tidak perlu hanya akan memengaruhi waktu booting, tanpa memberikan manfaat apa pun.

Cara men-deploy modul

Modul ini dapat dimasukkan ke dalam build Android menggunakan langkah-langkah berikut:

• Tambahkan nama modul ke BOARD_VENDOR_RAMDISK_KERNEL_MODULES. Hal ini menyebabkan modul disalin ke ramdisk vendor.
• Tambahkan nama modul ke BOARD_VENDOR_RAMDISK_KERNEL_MODULES_LOAD. Hal ini menyebabkan nama modul ditambahkan ke modules.load di target. modules.load menyimpan daftar modul yang dimuat oleh init saat perangkat melakukan booting.

Pemeriksaan mandiri integritas

Modul kernel FIPS 140-3 mengambil ringkasan HMAC-SHA256 dari bagian .code dan .rodata sendiri pada waktu pemuatan modul, dan membandingkannya dengan ringkasan yang dicatat dalam modul. Hal ini terjadi setelah pemuat modul Linux telah melakukan modifikasi biasa seperti pemrosesan relokasi ELF dan patching alternatif untuk errata CPU ke bagian tersebut. Langkah tambahan berikut dilakukan untuk memastikan bahwa ringkasan dapat direproduksi dengan benar:

• Relokasi ELF dipertahankan di dalam modul sehingga dapat diterapkan secara terbalik ke input HMAC.
• Modul ini membatalkan semua patch kode yang dibuat oleh kernel untuk Dynamic Shadow Call Stack. Secara khusus, modul ini menggantikan semua petunjuk yang melakukan push atau pop dari stack panggilan shadow dengan petunjuk Kode Autentikasi Pointer (PAC) yang ada sebelumnya.
• Semua penambalan kode lainnya dinonaktifkan untuk modul, termasuk kunci statis dan oleh karena itu titik pelacakan serta hook vendor.

Uji mandiri jawaban yang diketahui

Semua algoritma yang diimplementasikan dan tercakup dalam persyaratan FIPS 140-3 harus melakukan uji mandiri jawaban yang diketahui sebelum digunakan. Menurut Panduan Penerapan FIPS 140-3 10.3.A, satu vektor pengujian per algoritma menggunakan panjang kunci yang didukung sudah cukup untuk sandi, selama enkripsi dan dekripsi diuji.

Linux CryptoAPI memiliki konsep prioritas algoritma, di mana beberapa implementasi (seperti yang menggunakan petunjuk kripto khusus, dan penggantian untuk CPU yang tidak menerapkan petunjuk tersebut) dari algoritma yang sama dapat berada bersama. Oleh karena itu, perlu menguji semua penerapan algoritma yang sama. Hal ini diperlukan karena Linux CryptoAPI memungkinkan pemilihan berbasis prioritas diabaikan, dan algoritma dengan prioritas lebih rendah dipilih sebagai gantinya.

Algoritma yang disertakan dalam modul

Semua algoritma yang disertakan dalam modul FIPS 140-3 tercantum sebagai berikut. Hal ini berlaku untuk cabang kernel android12-5.10, android13-5.10, android13-5.15, android14-5.15, android14-6.1, dan android15-6.6, meskipun perbedaan antara versi kernel dicatat jika sesuai.

Algoritme	Penerapan	Dapat disetujui	Definisi
aes	aes-generic, aes-arm64, aes-ce, library AES	Ya	Block cipher AES biasa, tanpa mode operasi: Semua ukuran kunci (128 bit, 192 bit, dan 256 bit) didukung. Semua penerapan selain penerapan library dapat disusun dengan mode operasi melalui template.
cmac(aes)	cmac (template), cmac-aes-neon, cmac-aes-ce	Ya	AES-CMAC: Semua ukuran kunci AES didukung. Template cmac dapat disusun dengan penerapan aes apa pun menggunakan cmac(<aes-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
ecb(aes)	ecb (template), ecb-aes-neon, ecb-aes-neonbs, ecb-aes-ce	Ya	AES-ECB: Semua ukuran kunci AES didukung. Template ecb dapat disusun dengan penerapan aes apa pun menggunakan ecb(<aes-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
cbc(aes)	cbc (template), cbc-aes-neon, cbc-aes-neonbs, cbc-aes-ce	Ya	AES-CBC: Semua ukuran kunci AES didukung. Template cbc dapat disusun dengan penerapan aes apa pun menggunakan ctr(<aes-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
cts(cbc(aes))	cts (template), cts-cbc-aes-neon, cts-cbc-aes-ce	Ya	AES-CBC-CTS atau AES-CBC dengan pencurian ciphertext: Konvensi yang digunakan adalah CS3; dua blok ciphertext terakhir ditukar tanpa syarat. Semua ukuran kunci AES didukung. Template cts dapat disusun dengan penerapan cbc apa pun menggunakan cts(<cbc(aes)-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
ctr(aes)	ctr (template), ctr-aes-neon, ctr-aes-neonbs, ctr-aes-ce	Ya	AES-CTR: Semua ukuran kunci AES didukung. Template ctr dapat disusun dengan penerapan aes apa pun menggunakan ctr(<aes-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
xts(aes)	xts (template), xts-aes-neon, xts-aes-neonbs, xts-aes-ce	Ya	AES-XTS: Di kernel versi 6.1 dan yang lebih lama, semua ukuran kunci AES didukung; di kernel versi 6.6 dan yang lebih baru, hanya AES-128 dan AES-256 yang didukung. Template xts dapat disusun dengan penerapan ecb(aes) apa pun menggunakan xts(<ecb(aes)-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri. Semua implementasi menerapkan pemeriksaan kunci lemah yang diwajibkan oleh FIPS; yaitu, kunci XTS yang setengah pertama dan keduanya sama akan ditolak.
gcm(aes)	gcm (template), gcm-aes-ce	Tidak1	AES-GCM: Semua ukuran kunci AES didukung. Hanya IV 96-bit yang didukung. Seperti semua mode AES lainnya dalam modul ini, pemanggil bertanggung jawab untuk menyediakan IV. Template gcm dapat disusun dengan penerapan ctr(aes) dan ghash menggunakan gcm_base(<ctr(aes)-impl>,<ghash-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri.
sha1	sha1-generic, sha1-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-1
sha224	sha224-generic, sha224-arm64, sha224-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-224: Kode ini sama dengan SHA-256.
sha256	sha256-generic, sha256-arm64, sha256-ce, pustaka SHA-256	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-256: Antarmuka library disediakan untuk SHA-256 selain antarmuka CryptoAPI standar. Antarmuka library ini menggunakan implementasi yang berbeda.
sha384	sha384-generic, sha384-arm64, sha384-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-384: Kode ini sama dengan SHA-512.
sha512	sha512-generic, sha512-arm64, sha512-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-512
sha3-224	sha3-224-generic	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA3-224. Hanya ada di kernel versi 6.6 dan yang lebih tinggi.
sha3-256	sha3-256-generic	Ya	Sama seperti sebelumnya, tetapi dengan panjang ringkasan 256-bit (SHA3-256). Semua panjang ringkasan menggunakan implementasi Keccak yang sama.
sha3-384	sha3-384-generic	Ya	Sama seperti sebelumnya, tetapi dengan panjang ringkasan 384-bit (SHA3-384). Semua panjang ringkasan menggunakan implementasi Keccak yang sama.
sha3-512	sha3-512-generic	Ya	Sama seperti sebelumnya, tetapi dengan panjang ringkasan 512-bit (SHA3-512). Semua panjang ringkasan menggunakan implementasi Keccak yang sama.
hmac	hmac (template)	Ya	HMAC (Keyed-Hash Message Authentication Code): Template hmac dapat disusun dengan algoritma atau penerapan SHA apa pun menggunakan hmac(<sha-alg>) atau hmac(<sha-impl>).
stdrng	drbg_pr_hmac_sha1, drbg_pr_hmac_sha256, drbg_pr_hmac_sha384, drbg_pr_hmac_sha512	Ya	HMAC_DRBG di-instansiasi dengan fungsi hash bernama dan dengan ketahanan prediksi diaktifkan: Pemeriksaan kesehatan disertakan. Pengguna antarmuka ini mendapatkan instance DRBG mereka sendiri.
stdrng	drbg_nopr_hmac_sha1, drbg_nopr_hmac_sha256, drbg_nopr_hmac_sha384, drbg_nopr_hmac_sha512	Ya	Sama seperti algoritma drbg_pr_*, tetapi dengan resistensi prediksi dinonaktifkan. Kode ini dibagikan dengan varian yang tahan prediksi. Pada kernel versi 5.10, DRBG dengan prioritas tertinggi adalah drbg_nopr_hmac_sha256. Pada kernel versi 5.15 dan yang lebih baru, nilainya adalah drbg_pr_hmac_sha512.
jitterentropy_rng	jitterentropy_rng	Tidak	Jitter RNG, baik versi 2.2.0 (versi kernel 6.1 dan yang lebih rendah) atau versi 3.4.0 (versi kernel 6.6 dan yang lebih tinggi). Pengguna antarmuka ini mendapatkan instance Jitter RNG mereka sendiri. Mereka tidak menggunakan kembali instance yang digunakan DRBG.
xcbc(aes)	xcbc-aes-neon, xcbc-aes-ce	Tidak
xctr(aes)	xctr-aes-neon, xctr-aes-ce	Tidak	Hanya ada di kernel versi 5.15 dan yang lebih baru.
cbcmac(aes)	cbcmac-aes-neon, cbcmac-aes-ce	Tidak
essiv(cbc(aes),sha256)	essiv-cbc-aes-sha256-neon, essiv-cbc-aes-sha256-ce	Tidak

Membangun modul dari sumber

Untuk Android 14 dan yang lebih tinggi (termasuk android-mainline), bangun modul fips140.ko dari sumber menggunakan perintah berikut.

• Membangun dengan Bazel:

  tools/bazel run //common:fips140_dist

• Membangun dengan build.sh (lama):

  BUILD_CONFIG=common/build.config.gki.aarch64.fips140 build/build.sh

Perintah ini melakukan build lengkap termasuk kernel dan modul fips140.ko dengan konten digest HMAC-SHA256 yang disematkan di dalamnya.

Panduan pengguna akhir

Panduan Crypto Officer

Untuk mengoperasikan modul kernel, sistem operasi harus dibatasi ke mode operasi operator tunggal. Hal ini ditangani secara otomatis oleh Android menggunakan hardware pengelolaan memori di prosesor.

Modul kernel tidak dapat diinstal secara terpisah; modul ini disertakan sebagai bagian dari firmware perangkat dan dimuat secara otomatis saat booting. Perangkat ini hanya beroperasi dalam mode operasi yang disetujui.

Petugas Kriptografi dapat menyebabkan pengujian mandiri dijalankan kapan saja dengan memulai ulang perangkat.

Panduan pengguna

Pengguna modul kernel adalah komponen kernel lain yang perlu menggunakan algoritma kriptografi. Modul kernel tidak menyediakan logika tambahan dalam penggunaan algoritma, dan tidak menyimpan parameter apa pun di luar waktu yang diperlukan untuk melakukan operasi kriptografi.

Penggunaan algoritma untuk tujuan kepatuhan FIPS terbatas pada algoritma yang disetujui. Untuk memenuhi persyaratan "indikator layanan" FIPS 140-3, modul ini menyediakan fungsi fips140_is_approved_service yang menunjukkan apakah suatu algoritma disetujui.

Error uji mandiri

Jika terjadi kegagalan uji mandiri, modul kernel akan menyebabkan kernel mengalami kepanikan dan perangkat tidak akan melanjutkan booting. Jika memulai ulang perangkat tidak menyelesaikan masalah, perangkat harus di-boot ke mode pemulihan untuk memperbaiki masalah dengan mem-flash ulang perangkat.