Modul kripto GKI yang dapat disertifikasi FIPS 140-3

Tetap teratur dengan koleksi Simpan dan kategorikan konten berdasarkan preferensi Anda.

Kernel GKI mencakup Modul kernel Linux yang disebut fips140.ko yang mematuhi Persyaratan FIPS 140-3 untuk modul perangkat lunak kriptografi. Modul ini dapat dikirimkan untuk sertifikasi FIPS jika produk yang menjalankan kernel GKI memerlukannya.

Persyaratan FIPS 140-3 berikut secara khusus harus dipenuhi sebelum rutinitas kripto dapat digunakan:

• Modul tersebut harus memeriksa integritasnya sendiri sebelum membuat algoritma kriptografi yang tersedia.
• Modul ini harus menjalankan dan memverifikasi algoritma kriptografinya yang disetujui menggunakan tes mandiri dengan jawaban yang telah diketahui sebelum menyediakannya.

Alasan modul kernel terpisah

Validasi FIPS 140-3 didasarkan pada gagasan bahwa sekali perangkat lunak atau perangkat keras telah disertifikasi, modul ini tidak pernah berubah. Jika diubah, harus tersertifikasi ulang. Hal ini tidak cocok 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 agar memastikan bahwa perubahan yang tidak terkait dengan kriptografi tidak memerlukan evaluasi ulang kriptografi.

Kernel GKI dimaksudkan untuk diperbarui secara rutin selama seluruh masa hidup Anda. Hal ini membuat seluruh {i> kernel<i} tidak layak berada dalam FIPS batas modul, sehingga modul tersebut perlu disertifikasi ulang pada setiap {i>kernel<i} memperbarui. Menentukan "modul FIPS" sebagai subset dari image kernel akan memitigasi masalah ini, tetapi tidak akan menyelesaikannya, karena konten biner "modul FIPS" masih akan berubah jauh lebih sering daripada yang diperlukan.

Sebelum kernel versi 6.1, pertimbangan lainnya adalah GKI dikompilasi dengan LTO (Link Time Optimization) diaktifkan, karena LTO adalah prasyarat untuk Control Flow Integrity 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 tempat kode tersebut dibuat. Ini berarti modul tersebut dapat digunakan dengan rilis GKI yang berbeda pembuatan, dan harus diperbarui serta dikirimkan ulang untuk sertifikasi saja jika ada masalah yang diperbaiki dalam kode yang dibawa oleh modul itu sendiri.

Kapan harus menggunakan modul

{i>Kernel<i} GKI sendiri membawa kode yang tergantung pada rutinitas kripto yang juga dikemas ke dalam modul {i>kernel<i} FIPS 140-3. Oleh karena itu, rutinitas crypto bawaan tidak benar-benar dipindahkan dari kernel GKI, tetapi disalin ke modul. Ketika modul dimuat, rutinitas kripto bawaan akan dibatalkan pendaftarannya dari CryptoAPI Linux dan digantikan oleh yang ruang lingkup modul ini.

Ini berarti bahwa modul fips140.ko sepenuhnya opsional, dan hanya membuat masuk akal untuk menerapkannya jika sertifikasi FIPS 140-3 adalah persyaratan. Selain itu, modul tidak memberikan kemampuan tambahan, dan memuat modul yang tidak perlu hanya akan memengaruhi waktu booting, tanpa memberikan manfaat apa pun.

Cara men-deploy modul

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

• Tambahkan nama modul ke BOARD_VENDOR_RAMDISK_KERNEL_MODULES. Hal ini menyebabkan untuk disalin ke {i>ramdisk<i} vendor.
• Tambahkan nama modul ke BOARD_VENDOR_RAMDISK_KERNEL_MODULES_LOAD. Ini menyebabkan nama modul ditambahkan ke modules.load pada target. modules.load menyimpan daftar modul yang dimuat oleh init saat perangkat melakukan booting.

Pemeriksaan integritas mandiri

Modul kernel FIPS 140-3 mengambil ringkasan HMAC-SHA256 dari bagian .code dan .rodata-nya sendiri pada waktu pemuatan modul, dan membandingkannya dengan ringkasan yang dicatat dalam modul. Ini terjadi setelah loader modul Linux sudah melakukan modifikasi biasa seperti pemrosesan relokasi ELF dan alternatif {i>patching<i} untuk CPU errata ke bagian-bagian itu. Hal berikut langkah tambahan diambil untuk memastikan bahwa ringkasan dapat direproduksi dengan benar:

• Relokasi ELF disimpan di dalam modul sehingga dapat diterapkan dalam terbalik ke input HMAC.
• Modul ini membalikkan patch kode apa pun yang dibuat oleh kernel untuk Dynamic Shadow Call Stack. Secara khusus, modul ini mengganti petunjuk apa pun yang didorong atau dikeluarkan dari stack panggilan bayangan dengan petunjuk Kode Autentikasi Pointer (PAC) yang ada awalnya.
• Semua patching kode lainnya dinonaktifkan untuk modul, termasuk kunci statis dan tracepoint serta hook vendor.

Tes mandiri dengan jawaban yang diketahui

Setiap algoritma yang diterapkan dan tercakup dalam persyaratan FIPS 140-3 harus melakukan pengujian mandiri dengan jawaban yang diketahui sebelum digunakan. Menurut Panduan Implementasi FIPS 140-3 10.3.A, satu vektor pengujian per algoritma yang menggunakan salah satu panjang kunci yang didukung sudah memadai untuk cipher, selama enkripsi dan dekripsi diuji.

Linux CryptoAPI memiliki konsep prioritas algoritma, dengan beberapa implementasi (seperti yang menggunakan petunjuk kripto khusus, dan penggantian untuk CPU yang tidak menerapkan petunjuk tersebut) dari algoritma yang sama dapat bersama-sama. Karenanya, perlu menguji semua implementasi dari algoritme. Hal ini diperlukan karena Linux CryptoAPI mengizinkan pemilihan berbasis prioritas untuk diabaikan, dan algoritma dengan prioritas lebih rendah untuk dipilih.

Algoritma yang disertakan dalam modul

Semua algoritma yang disertakan dalam modul FIPS 140-3 tercantum sebagai berikut. Ini berlaku untuk android12-5.10, android13-5.10, android13-5.15, Namun, cabang kernel android14-5.15, android14-6.1, dan android15-6.6 perbedaan antara versi {i>kernel<i} dicatat jika perlu.

Algoritme	Implementasi	Dapat disetujui	Definisi
aes	aes-generic, aes-arm64, aes-ce, library AES	Ya	Cipher blok AES biasa, tanpa mode operasi: Semua ukuran kunci (128 bit, 192 bit, dan 256 bit) didukung. Semua implementasi selain implementasi 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 implementasi 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 implementasi 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 dibuat dengan implementasi aes 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 dibuat dengan implementasi cbc 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 dibuat dengan implementasi aes 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 dibuat dengan implementasi ecb(aes) menggunakan xts(<ecb(aes)-impl>). Implementasi lainnya bersifat mandiri. Semua implementasi menerapkan pemeriksaan kunci lemah yang diperlukan oleh FIPS; yaitu, kunci XTS yang paruh 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 implementasi ctr(aes) dan ghash apa pun 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 kriptografis SHA-224: Kode ini dibagikan dengan SHA-256.
sha256	Library sha256-generic, sha256-arm64, sha256-ce, SHA-256	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-256: Antarmuka library disediakan untuk SHA-256 sebagai tambahan untuk antarmuka CryptoAPI standar. Antarmuka library ini menggunakan implementasi yang berbeda.
sha384	sha384-generic, sha384-arm64, sha384-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-384: Kode dibagikan dengan SHA-512.
sha512	sha512-generic, sha512-arm64, sha512-ce	Ya	Fungsi hash kriptografi SHA-512
sha3-224	sha3-224-generic	Ya	Fungsi hash kriptografis 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 digest 384-bit (SHA3-384). Semua durasi ringkasan menggunakan implementasi Keccak yang sama.
sha3-512	sha3-512-generic	Ya	Sama seperti sebelumnya, tetapi dengan panjang ringkasan 512-bit (SHA3-512). Semua durasi ringkasan menggunakan implementasi Keccak yang sama.
hmac	hmac (template)	Ya	HMAC (Keyed-Hash Message Authentication Code): Template hmac dapat disusun dengan algoritma atau implementasi 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 dibuat instance-nya dengan fungsi hash bernama dan dengan resistensi 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 dibagikan ke 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 tinggi, atributnya adalah drbg_pr_hmac_sha512.
jitterentropy_rng	jitterentropy_rng	Tidak	Jitter RNG, versi 2.2.0 (kernel versi 6.1 dan yang lebih lama) atau versi 3.4.0 (kernel versi 6.6 dan yang lebih baru). Pengguna antarmuka ini mendapatkan instance Jitter RNG mereka sendiri. DRBG 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 tinggi.
cbcmac(aes)	cbcmac-aes-neon, cbcmac-aes-ce	Tidak
essiv(cbc(aes),sha256)	essiv-cbc-aes-sha256-neon, essiv-cbc-aes-sha256-ce	Tidak

Mem-build modul dari sumber

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

• Membangun dengan Bazel:

  tools/bazel run //common:fips140_dist

• Bangun dengan build.sh (lama):

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

Perintah ini menjalankan build lengkap, termasuk kernel dan fips140.ko dengan konten intisari HMAC-SHA256 yang disematkan di dalamnya.

Panduan pengguna akhir

Panduan Petugas Kripto

Untuk mengoperasikan modul {i>kernel<i}, sistem operasi harus dibatasi hanya mode operasi operator tunggal. Ini ditangani secara otomatis oleh Android menggunakan perangkat keras manajemen memori dalam prosesor.

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

Petugas Kripto dapat menyebabkan tes mandiri dijalankan kapan saja dengan memulai ulang perangkat.

Panduan pengguna

Pengguna modul kernel adalah komponen kernel lain yang perlu menggunakan algoritma kriptografis. Modul {i>kernel<i} 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 dibatasi hanya pada algoritme. Untuk memenuhi "indikator layanan" FIPS 140-3 persyaratan, menyediakan fungsi fips140_is_approved_service yang menunjukkan apakah algoritma disetujui.

Error pengujian mandiri

Jika terjadi kegagalan uji mandiri, modul {i>kernel<i} akan menyebabkan {i>kernel<i} panik dan perangkat tidak melanjutkan {i>booting<i}. Jika memulai ulang perangkat tidak menyelesaikan masalah, perangkat harus melakukan booting ke mode pemulihan untuk memperbaiki masalah dengan mem-flash ulang perangkat.