Atualizações dinâmicas do sistema

As atualizações dinâmicas do sistema (DSU, na sigla em inglês) permitem criar uma imagem do sistema Android que os usuários podem transferir por download e testar sem o risco de corromper a imagem atual do sistema. Este documento descreve como oferecer suporte a DSUs.

Requisitos do kernel

Consulte Como implementar partições dinâmicas para ver os requisitos do kernel.

Além disso, a DSU depende do recurso de kernel device-mapper-verity (dm-verity) para verificar a imagem do sistema Android. Portanto, é necessário ativar as seguintes configurações do kernel:

• CONFIG_DM_VERITY=y
• CONFIG_DM_VERITY_FEC=y

Requisitos de partição

A partir do Android 11, a DSU exige que a partição /data use o sistema de arquivos F2FS ou ext4. O F2FS oferece melhor desempenho e é recomendado, mas a diferença é insignificante.

Confira alguns exemplos de quanto tempo uma atualização dinâmica do sistema leva com um dispositivo Pixel:

• Como usar o F2FS:
  • 109s, 8G de usuário, 867M de sistema, tipo de sistema de arquivos: F2FS: encryption=aes-256-xts:aes-256-cts
  • 104s, 8G user, 867M system, file system type: F2FS: encryption=ice
• Usando ext4:
  • 135s, 8G de usuário, 867M de sistema, tipo de sistema de arquivos: ext4: encryption=aes-256-xts:aes-256-cts

Se demorar muito na sua plataforma, verifique se a flag de montagem contém alguma flag que faz a gravação "sync" ou especifique uma flag "async" explicitamente para ter um desempenho melhor.

A partição metadata (16 MB ou mais) é necessária para armazenar dados relacionados às imagens instaladas. Ele precisa ser montado durante o primeiro estágio.

A partição userdata precisa usar o sistema de arquivos F2FS ou ext4. Ao usar o F2FS, inclua todos os patches relacionados ao F2FS disponíveis no kernel comum do Android.

A DSU foi desenvolvida e testada com o kernel/common 4.9. É recomendável usar o kernel 4.9 e versões mais recentes para esse recurso.

Comportamento do HAL do fornecedor

HAL Weaver

O HAL do Weaver fornece um número fixo de slots para armazenar chaves de usuário. O DSU consome dois slots de chaves extras. Se um OEM tiver um HAL de weaver, ele precisará ter slots suficientes para uma imagem genérica do sistema (GSI) e uma imagem de host.

HAL da empresa guardiã

O HAL do gatekeeper precisa oferecer suporte a valores USER_ID grandes, porque o GSI compensa os UIDs para o HAL em +1000000.

Verificação de inicialização

Se você quiser oferecer suporte à inicialização de imagens GSI para desenvolvedores no estado LOCKED sem desativar a inicialização verificada, inclua as chaves GSI para desenvolvedores adicionando a linha a seguir ao arquivo device/<device_name>/device.mk:

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

Proteção de reversão

Ao usar a DSU, a imagem do sistema Android precisa ser mais recente do que a imagem atual do sistema no dispositivo. Isso é feito comparando os níveis de patch de segurança no descriptor de propriedade AVB da inicialização verificada do Android (AVB, na sigla em inglês) das duas imagens do sistema: Prop: com.android.build.system.security_patch -> '2019-04-05'.

Para dispositivos que não usam o AVB, coloque o nível do patch de segurança da imagem do sistema atual no cmdline do kernel ou no bootconfig com o carregador de inicialização: androidboot.system.security_patch=2019-04-05.

Requisitos de hardware

Quando você inicia uma instância de DSU, dois arquivos temporários são alocados:

• Uma partição lógica para armazenar GSI.img (1 a 1,5 GB)
• Uma partição /data vazia de 8 GB como sandbox para executar a GSI

Recomendamos reservar pelo menos 10 GB de espaço livre antes de iniciar uma instância da DSU. A DSU também oferece suporte à alocação de um cartão SD. Quando um cartão SD está presente, ele tem a maior prioridade para a alocação. O suporte a cartões SD é essencial para dispositivos de baixa potência que podem não ter armazenamento interno suficiente. Quando um cartão SD estiver presente, verifique se ele não foi adotado. A DSU não oferece suporte a cartões SD adotados.

Front-ends disponíveis

É possível iniciar a DSU usando adb, um app OEM ou o carregador de DSU com um clique (no Android 11 ou mais recente).

Iniciar as DSUs usando o adb

Para iniciar a DSU usando o adb, digite estes 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

Iniciar a DSU usando um app

O ponto de entrada principal para a DSU é a 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);
    }

É necessário agrupar/pré-instalar esse app no dispositivo. Como DynamicSystemClient é uma API do sistema, não é possível criar o app com a API SDK normal nem publicá-lo no Google Play. O objetivo do app é:

1. Buscar uma lista de imagens e o URL correspondente com um esquema definido pelo fornecedor.
2. Compare as imagens na lista com o dispositivo e mostre as imagens compatíveis para o usuário selecionar.

3. Invoque DynamicSystemClient.start desta forma:

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

O URL aponta para um arquivo de imagem do sistema compactado por gzip, não esparso, que pode ser criado com os seguintes comandos:

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

O nome do arquivo precisa seguir este formato:

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

Exemplos:

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

Carregador de DSU de um clique

O Android 11 apresenta o carregador de DSU de um clique, que é um front-end nas configurações do desenvolvedor.

Figura 1. Como iniciar o carregador de DSU

Quando o desenvolvedor clica no botão DSU Loader, ele busca um descritor JSON de DSO pré-configurado da Web e exibe todas as imagens aplicáveis no menu flutuante. Selecione uma imagem para iniciar a instalação da DSU. O progresso será mostrado na barra de notificações.

Figura 2. Progresso da instalação da imagem da DSU

Por padrão, o carregador de DSU carrega um descritor JSON que contém as imagens da GSI. As seções a seguir demonstram como criar pacotes de DSU assinados por OEM e carregá-los do carregador de DSU.

Flag de recurso

O recurso DSU está na flag de recurso settings_dynamic_android. Antes de usar a DSU, verifique se a sinalização de recurso correspondente está ativada.

Figura 3. Como ativar a flag de recurso

A interface da flag de recurso pode ficar indisponível em um dispositivo com um build do usuário. Nesse caso, use o comando adb:

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

O fornecedor hospeda imagens do sistema no GCE (opcional)

Um dos possíveis locais de armazenamento para as imagens do sistema é o bucket do Google Compute Engine (GCE). O administrador de lançamento usa o console de armazenamento do GCP para adicionar/excluir/mudar a imagem do sistema lançada.

As imagens precisam ter acesso público, como mostrado aqui:

Figura 4. Acesso público no GCE

O procedimento para tornar um item público está disponível na documentação do Google Cloud.

DSU de várias partições em um arquivo ZIP

A partir do Android 11, a DSU pode ter mais de uma partição. Por exemplo, ele pode conter uma product.img além da system.img. Quando o dispositivo é inicializado, o init do primeiro estágio detecta as partições DSU instaladas e substitui a partição no dispositivo temporariamente, quando a DSU instalada é ativada. O pacote DSU pode conter uma partição que não tem uma partição correspondente no dispositivo.

Figura 5. Processo de DSU com várias partições

DSU assinada por OEM

Para garantir que todas as imagens em execução no dispositivo sejam autorizadas pelo fabricante do dispositivo, todas as imagens em um pacote de DSU precisam ser assinadas. Por exemplo, suponha que haja um pacote DSU que contenha duas imagens de partição, como abaixo:

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

O system.img e o product.img precisam ser assinados pela chave OEM antes de serem colocados no arquivo ZIP. A prática comum é usar um algoritmo assimétrico, por exemplo, RSA, em que a chave secreta é usada para assinar o pacote e a chave pública é usada para verificá-lo. O ramdisk do primeiro estágio precisa incluir a chave pública de pareamento, por exemplo, /avb/*.avbpubkey. Se o dispositivo já tiver adotado o AVB, o procedimento de assinatura atual será suficiente. As seções a seguir ilustram o processo de assinatura e destacam a colocação da chave pública AVB usada para verificar as imagens no pacote DSU.

Descritor JSON da DSU

O descritor JSON da DSU descreve os pacotes da DSU. Ele oferece suporte a duas primitivas. Primeiro, a primitiva include inclui descritores JSON adicionais ou redireciona o carregador de DSU para um novo local. Exemplo:

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

Em segundo lugar, a primitiva image é usada para descrever pacotes de DSU lançados. Dentro da primitiva de imagem, há vários atributos:

• Os atributos name e details são strings que aparecem na caixa de diálogo para que o usuário selecione.

• Os atributos cpu_api, vndk e os_version são usados para verificações de compatibilidade, que são descritas na próxima seção.

• O atributo pubkey opcional descreve a chave pública que é pareada com a chave secreta usada para assinar o pacote DSU. Quando especificado, o serviço DSU pode verificar se o dispositivo tem a chave usada para verificar o pacote DSU. Isso evita a instalação de um pacote DSU não reconhecido, por exemplo, a instalação de um DSU assinado por OEM-A em um dispositivo feito por OEM-B.

• O atributo tos opcional aponta para um arquivo de texto que descreve os termos de serviço do pacote DSU correspondente. Quando um desenvolvedor seleciona um pacote de DSU com o atributo "Termos de Serviço" especificado, a caixa de diálogo mostrada na Figura 6 é aberta, solicitando que o desenvolvedor aceite os termos de serviço antes de instalar o pacote de DSU.

  

  Figura 6. Caixa de diálogo dos Termos de Serviço

Para referência, confira um descritor JSON de DSU para a 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"
      }
   ]
}

Gerenciamento de compatibilidade

Vários atributos são usados para especificar a compatibilidade entre um pacote de DSU e o dispositivo local:

• cpu_api é uma string que descreve a arquitetura do dispositivo. Esse atributo é obrigatório e é comparado com a propriedade do sistema ro.product.cpu.abi. Os valores precisam ser exatamente iguais.

• os_version é um número inteiro opcional que especifica uma versão do Android. Por exemplo, no Android 10, os_version é 10 e, no Android 11, os_version é 11. Quando esse atributo é especificado, ele precisa ser igual ou maior que a propriedade de sistema ro.system.build.version.release. Essa verificação é usada para impedir a inicialização de uma imagem GSI do Android 10 em um dispositivo do fornecedor do Android 11, que não tem suporte no momento. É permitido inicializar uma imagem GSI do Android 11 em um dispositivo com o Android 10.

• vndk é uma matriz opcional que especifica todos os VNDKs incluídos no pacote DSU. Quando especificado, o carregador de DSU verifica se o número extraido da propriedade do sistema ro.vndk.version está incluído.

Revogar chaves DSU por motivos de segurança

No caso extremamente raro em que o par de chaves RSA usado para assinar as imagens da DSU é comprometido, o ramdisk precisa ser atualizado o mais rápido possível para remover a chave comprometida. Além de atualizar a partição de inicialização, é possível bloquear chaves comprometidas usando uma lista de revogação de chaves DSU (lista negra de chaves) de um URL HTTPS.

A lista de revogação de chaves da DSU contém uma lista de chaves públicas AVB revogadas. Durante a instalação do DSU, as chaves públicas dentro das imagens do DSU são validadas com a lista de revogação. Se as imagens contiverem uma chave pública revogada, o processo de instalação do DSU será interrompido.

O URL da lista de revogação de chaves precisa ser um URL HTTPS para garantir a segurança e é especificado em uma string de recurso:

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

O valor da string é https://dl.google.com/developers/android/gsi/gsi-keyblacklist.json, que é uma lista de revogação de chaves de GSI lançadas pelo Google. Essa string de recurso pode ser sobreposta e personalizada para que os OEMs que adotarem o recurso DSU possam fornecer e manter a própria lista de chaves de bloqueio. Isso oferece uma maneira de o OEM bloquear certas chaves públicas sem atualizar a imagem do ramdisk do dispositivo.

O formato da lista de revogação é:

{
   "entries":[
      {
         "public_key":"bf14e439d1acf231095c4109f94f00fc473148e6",
         "status":"REVOKED",
         "reason":"Key revocation test key"
      },
      {
         "public_key":"d199b2f29f3dc224cca778a7544ea89470cbef46",
         "status":"REVOKED",
         "reason":"Key revocation test key"
      }
   ]
}

• public_key é o resumo SHA-1 da chave revogada, no formato descrito na seção Como gerar a chave pública AVB.
• status indica o status de revogação da chave. No momento, o único valor aceito é REVOKED.
• reason é uma string opcional que descreve o motivo da revogação.

Procedimentos de DSU

Esta seção descreve como realizar vários procedimentos de configuração de DSUs.

Gerar um novo par de chaves

Use o comando openssl para gerar um par de chaves pública/privada RSA no formato .pem (por exemplo, com tamanho de 2048 bits):

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

A chave privada pode não ser acessível e é mantida apenas em um módulo de segurança de hardware (HSM). Nesse caso, pode haver um certificado de chave pública x509 disponível após a geração da chave. Consulte a seção Adicionar a chave pública de pareamento ao ramdisk para ver instruções sobre como gerar a chave pública AVB de um certificado x509.

Para converter um certificado x509 para o formato PEM:

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

Pule esta etapa se o certificado já for um arquivo PEM.

Adicionar a chave pública de pareamento ao ramdisk

O oem_cert.avbpubkey precisa ser colocado em /avb/*.avbpubkey para verificar o pacote DSU assinado. Primeiro, converta a chave pública no formato PEM para o formato de chave pública AVB:

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

Em seguida, inclua a chave pública no ramdisk da primeira fase com as etapas a seguir.

1. Um módulo pré-criado foi adicionado para copiar o avbpubkey. Por exemplo, adicione device/<company>/<board>/oem_cert.avbpubkey e device/<company>/<board>/avb/Android.mk com este conteúdo:

   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. Faça com que o destino do Droidcore dependa do oem_cert.avbpubkey adicionado:

   droidcore: oem_cert.avbpubkey
   

Gerar o atributo de chave pública AVB no descritor JSON

O oem_cert.avbpubkey está no formato binário da chave pública AVB. Use SHA-1 para tornar o valor legível antes de colocá-lo no descritor JSON:

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

Esse será o conteúdo do atributo pubkey do descritor JSON.

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

Assinar um pacote de DSU

Use um destes métodos para assinar um pacote DSU:

• Método 1: reutilize o artefato criado pelo processo de assinatura AVB original para criar um pacote DSU. Uma abordagem alternativa é extrair as imagens já assinadas do pacote de lançamento e usar as imagens extraídas para criar o arquivo ZIP diretamente.

• Método 2: use os comandos abaixo para assinar partições DSU se a chave privada estiver disponível. Cada img em um pacote DSU (o arquivo ZIP) é assinado separadamente:

  $ 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 mais informações sobre como adicionar add_hashtree_footer usando avbtool, consulte Como usar a avbtool.

Verificar o pacote DSU localmente

É recomendável verificar todas as imagens locais com a chave pública de pareamento usando estes comandos:

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

A saída esperada é esta:

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

Criar um pacote de DSU

O exemplo a seguir cria um pacote DSU que contém uma system.img e uma product.img:

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

Depois que as duas imagens forem assinadas, use o comando abaixo para criar o arquivo ZIP:

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

Personalizar a DSU de um clique

Por padrão, o carregador de DSU aponta para um metadado de imagens GSI, que é https://...google.com/.../gsi-src.json.

Os OEMs podem substituir a lista definindo a propriedade persist.sys.fflag.override.settings_dynamic_system.list que aponta para o próprio descritor JSON. Por exemplo, um OEM pode fornecer metadados JSON que incluem GSI e imagens exclusivas do 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"
      },

}

É possível que um OEM encadeie metadados de DSU publicados, conforme mostrado na Figura 7.

Figura 7. Encadeamento de metadados de DSU publicados