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 riesgo de dañar la imagen actual del sistema. Este documento describe cómo admitir DSU.

Requisitos del núcleo

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, debes 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=ice
• Usando ext4:
  • 135s, usuario 8G, sistema 867M, tipo de sistema de archivos: ext4: cifrado=aes-256-xts:aes-256-cts

Si lleva mucho más tiempo en su plataforma, es posible que desee verificar si el indicador de montaje contiene algún indicador que haga escritura "sincronizada", o puede especificar un indicador "asíncrono" explícitamente para obtener un mejor rendimiento.

La partición 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 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

Tejedor HAL

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

Portero HAL

El Gatekeeper HAL necesita admitir valores USER_ID grandes, porque GSI compensa los UID con el HAL en +1000000.

verificar el arranque

Si desea admitir el inicio de imágenes GSI de desarrollador en estado BLOQUEADO sin deshabilitar el inicio 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 de reversión

Cuando se utiliza 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 del parche de seguridad en el descriptor de propiedad AVB de arranque verificado de Android (AVB) de ambas imágenes del sistema: Prop: com.android.build.system.security_patch -> '2019-04-05' .

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

Requisitos de hardware

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

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

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

Interfaces disponibles

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

Inicie 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

Inicie 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);
    }

Debes empaquetar/preinstalar esta aplicación en el dispositivo. Debido a que DynamicSystemClient es una API del sistema, no puede crear la aplicación con la API del 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 solo clic

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

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 mostrará en la barra de notificaciones.

Figura 2. Progreso de la instalación de la imagen DSU

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

Bandera de característica

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

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 ejecuta una compilación de usuario. En este caso, utilice el comando adb en su 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 utiliza 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:

Figura 4. Acceso público en la CME

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

DSU de múltiples particiones en archivo ZIP

A partir de Android 11, DSU puede tener más de una partición. Por ejemplo, puede contener product.img además de system.img . Cuando se inicia el dispositivo, la primera etapa init detecta las particiones DSU instaladas y reemplaza la partición en el dispositivo temporalmente, cuando la DSU instalada está habilitada. El paquete DSU puede contener una partición que no tiene una partición correspondiente en el dispositivo.

Figura 5. Proceso DSU con múltiples particiones

DSU firmado por OEM

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

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

Tanto system.img como product.img deben estar firmados con la clave OEM antes de colocarlos en el archivo ZIP. La práctica común es utilizar un algoritmo asimétrico, por ejemplo, RSA, donde la clave secreta se usa para firmar el paquete y la clave pública para verificarlo. El disco RAM de la primera etapa debe incluir la clave pública de emparejamiento, 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 utiliza para verificar las imágenes en el paquete DSU.

Descriptor JSON de DSU

El descriptor DSU JSON describe paquetes DSU. Admite dos primitivas. Primero, la primitiva 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 image se utiliza para describir paquetes DSU publicados. Dentro de la imagen primitiva hay varios atributos:

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

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

• El atributo pubkey opcional describe la clave pública que se empareja con la clave secreta que se utiliza 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 DSU no reconocido, por ejemplo, instalar un DSU firmado 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 DSU correspondiente. Cuando un desarrollador selecciona un paquete 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 DSU.

  

  Figura 6. Cuadro de diálogo Términos 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 verificación se utiliza para evitar el inicio 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 el número extraído de la propiedad del sistema ro.vndk.version está incluido.

Revocar claves DSU por seguridad

En el caso extremadamente raro de que el par de claves RSA utilizado para firmar las imágenes DSU esté comprometido, el disco ram debe actualizarse lo antes posible para eliminar la clave comprometida. Además de actualizar la partición de inicio, puede bloquear las claves comprometidas utilizando una lista de revocación de claves DSU (lista negra de claves) desde 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 descubre 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 recurso:

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 para claves GSI publicadas 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 manera 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 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 del ESD

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

Generar 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 guarde en un módulo de seguridad de hardware (HSM) . En este caso, es posible que haya 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 para generar la clave pública AVB a partir de un certificado x509.

Para convertir un certificado x509 al 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.

Agregue la clave pública de emparejamiento al disco ram

La oem_cert.avbpubkey se debe colocar 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 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 droidcore dependa de la oem_cert.avbpubkey agregada:

   droidcore: oem_cert.avbpubkey
   

Genere el atributo pubkey AVB en el descriptor JSON

La oem_cert.avbpubkey está en el formato binario de clave pública AVB. Utilice 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",
         ...
      },

Firmar un paquete DSU

Utilice uno de estos métodos para firmar un paquete DSU:

• Método 1: reutilice el artefacto creado mediante 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) está firmada 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 usando avbtool , consulte Uso de avbtool .

Verifique el 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

El resultado esperado 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 crea un paquete DSU que contiene system.img y product.img :

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

Después de firmar ambas imágenes, 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 -

Personaliza la DSU con un solo clic

De forma predeterminada, el cargador DSU apunta a metadatos de imágenes GSI que son 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 incluyan GSI e 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.

Figura 7. Encadenamiento de metadatos de DSU publicados