ESP32 IDF 펌웨어 무결성을 보호하는 방법

ESP32 IDF 펌웨어 무결성을 보호하는 방법

ESP32를 이용하여 임베디드 시스템을 개발할 때, 보안은 매우 중요한 요소입니다. 특히, 펌웨어의 무결성을 보호하는 것은 악성 코드 삽입이나 불법적인 펌웨어 변경을 방지하기 위해 필수적입니다. 본 포스팅에서는 ESP32 IDF(ESP-IDF)를 활용하여 펌웨어 무결성을 보호하는 방법을 설명하겠습니다.

1. 펌웨어 무결성 보호의 필요성

펌웨어 무결성을 보장하지 않으면 공격자가 악성 코드가 삽입된 펌웨어를 설치할 가능성이 있습니다. 이는 제품의 신뢰성을 저하시킬 뿐만 아니라 보안 문제를 초래할 수 있습니다. 따라서, ESP32에서는 다양한 방법을 제공하여 펌웨어의 무결성을 보호할 수 있도록 하고 있습니다.

ESP32에서 제공하는 주요 보안 기능은 다음과 같습니다.

• Secure Boot: 부팅 과정에서 신뢰할 수 있는 펌웨어만 실행하도록 보장
• Flash 암호화: 펌웨어를 암호화하여 불법적인 접근을 방지
• 디지털 서명 검증: 펌웨어 업데이트 시 인증된 코드만 실행되도록 보호

본 포스팅에서는 Secure Boot와 Flash 암호화를 기반으로 한 펌웨어 무결성 보호 방법을 설명하겠습니다.

2. Secure Boot 설정 방법

Secure Boot는 ESP32가 부팅될 때 서명된 부트로더와 펌웨어만 실행되도록 강제하는 기능입니다. 이를 설정하는 방법을 단계별로 설명하겠습니다.

2.1 Secure Boot 활성화

Secure Boot를 활성화하려면 ESP-IDF의 설정에서 CONFIG_SECURE_BOOT_ENABLED 옵션을 활성화해야 합니다. 이를 위해 menuconfig를 실행합니다.

idf.py menuconfig

이후 Security features -> Secure Boot 설정을 활성화합니다.

2.2 Secure Boot 키 생성

Secure Boot를 활성화하려면 펌웨어 서명에 사용할 키를 생성해야 합니다. ESP-IDF에서는 RSA 키를 사용하며, 아래 명령어로 키를 생성할 수 있습니다.

espsecure.py generate_signing_key --version 2 secure_boot_signing_key.pem

생성된 secure_boot_signing_key.pem 파일을 안전한 곳에 보관해야 합니다. 이 키를 사용하여 부트로더를 서명합니다.

2.3 부트로더 서명 및 플래싱

생성한 키를 사용하여 부트로더를 서명한 후 ESP32에 플래싱해야 합니다.

espsecure.py sign_image --key secure_boot_signing_key.pem --output bootloader-signed.bin build/bootloader/bootloader.bin

esptool.py --chip esp32 write_flash 0x1000 bootloader-signed.bin

이제 Secure Boot가 활성화되었으며, 서명되지 않은 부트로더가 실행되지 않습니다.

3. Flash 암호화 설정 방법

펌웨어 무결성을 보장하기 위해 Secure Boot와 함께 Flash 암호화를 활성화하는 것이 좋습니다. Flash 암호화는 펌웨어가 저장되는 플래시 메모리를 암호화하여 불법적인 접근을 방지합니다.

3.1 Flash 암호화 활성화

Flash 암호화를 활성화하려면 menuconfig에서 관련 설정을 변경해야 합니다.

idf.py menuconfig

이후 Security features -> Flash Encryption Mode를 Enabled로 설정합니다.

3.2 Flash 암호화 키 생성 및 적용

Flash 암호화 키는 자동으로 생성되거나 수동으로 설정할 수 있습니다. 자동 키 생성의 경우, 초기 부팅 시 ESP32가 내부적으로 키를 생성하고 이를 eFuse에 저장합니다.

idf.py flash monitor

펌웨어가 처음 실행될 때 Flash 암호화가 적용되며, 이후에는 암호화된 상태로 동작합니다.

4. 펌웨어 무결성 검증을 위한 디지털 서명 적용

Secure Boot와 Flash 암호화 외에도, 펌웨어 무결성을 보호하기 위해 펌웨어에 디지털 서명을 적용하는 것이 좋습니다. 이를 통해 신뢰할 수 없는 펌웨어가 실행되지 않도록 보호할 수 있습니다.

4.1 디지털 서명 생성

펌웨어 서명을 위해 RSA 키를 생성하고 이를 이용하여 서명을 생성합니다.

openssl genpkey -algorithm RSA -out firmware_signing_key.pem
openssl rsa -in firmware_signing_key.pem -pubout -out firmware_public_key.pem

이후 생성된 개인 키를 사용하여 펌웨어에 서명할 수 있습니다.

4.2 서명된 펌웨어 플래싱

펌웨어를 빌드한 후, 생성한 개인 키로 서명합니다.

espsecure.py sign_image --key firmware_signing_key.pem --output firmware-signed.bin build/app.bin

이후 서명된 펌웨어를 ESP32에 플래싱합니다.

esptool.py --chip esp32 write_flash 0x10000 firmware-signed.bin

이제 ESP32는 서명된 펌웨어만 실행하도록 강제되며, 무결성이 보호됩니다.

5. 결론

본 포스팅에서는 ESP32 IDF를 활용하여 펌웨어 무결성을 보호하는 방법을 설명하였습니다. Secure Boot와 Flash 암호화를 적용하면 신뢰할 수 없는 코드가 실행되지 않도록 방지할 수 있으며, 추가적으로 디지털 서명을 활용하여 더욱 강화된 보안을 구현할 수 있습니다. ESP32를 보안이 필요한 프로젝트에 활용할 경우, 이러한 보안 기능을 적극적으로 적용하는 것이 중요합니다.