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   1 Kernel module signing facility
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   3
   4 .. CONTENTS
   5 ..
   6 .. - Overview.
   7 .. - Configuring module signing.
   8 .. - Generating signing keys.
   9 .. - Public keys in the kernel.
  10 .. - Manually signing modules.
  11 .. - Signed modules and stripping.
  12 .. - Loading signed modules.
  13 .. - Non-valid signatures and unsigned modules.
  14 .. - Administering/protecting the private key.
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  17 ========
  18 Overview
  19 ========
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  21 The kernel module signing facility cryptographically signs modules during
  22 installation and then checks the signature upon loading the module.  This
  23 allows increased kernel security by disallowing the loading of unsigned modules
  24 or modules signed with an invalid key.  Module signing increases security by
  25 making it harder to load a malicious module into the kernel.  The module
  26 signature checking is done by the kernel so that it is not necessary to have
  27 trusted userspace bits.
  28
  29 This facility uses X.509 ITU-T standard certificates to encode the public keys
  30 involved.  The signatures are not themselves encoded in any industrial standard
  31 type.  The facility currently only supports the RSA public key encryption
  32 standard (though it is pluggable and permits others to be used).  The possible
  33 hash algorithms that can be used are SHA-1, SHA-224, SHA-256, SHA-384, and
  34 SHA-512 (the algorithm is selected by data in the signature).
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  37 ==========================
  38 Configuring module signing
  39 ==========================
  40
  41 The module signing facility is enabled by going to the
  42 :menuselection:`Enable Loadable Module Support` section of
  43 the kernel configuration and turning on::
  44
  45         CONFIG_MODULE_SIG       "Module signature verification"
  46
  47 This has a number of options available:
  48
  49  (1) :menuselection:`Require modules to be validly signed`
  50      (``CONFIG_MODULE_SIG_FORCE``)
  51
  52      This specifies how the kernel should deal with a module that has a
  53      signature for which the key is not known or a module that is unsigned.
  54
  55      If this is off (ie. "permissive"), then modules for which the key is not
  56      available and modules that are unsigned are permitted, but the kernel will
  57      be marked as being tainted, and the concerned modules will be marked as
  58      tainted, shown with the character 'E'.
  59
  60      If this is on (ie. "restrictive"), only modules that have a valid
  61      signature that can be verified by a public key in the kernel's possession
  62      will be loaded.  All other modules will generate an error.
  63
  64      Irrespective of the setting here, if the module has a signature block that
  65      cannot be parsed, it will be rejected out of hand.
  66
  67
  68  (2) :menuselection:`Automatically sign all modules`
  69      (``CONFIG_MODULE_SIG_ALL``)
  70
  71      If this is on then modules will be automatically signed during the
  72      modules_install phase of a build.  If this is off, then the modules must
  73      be signed manually using::
  74
  75         scripts/sign-file
  76
  77
  78  (3) :menuselection:`Which hash algorithm should modules be signed with?`
  79
  80      This presents a choice of which hash algorithm the installation phase will
  81      sign the modules with:
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  83         =============================== ==========================================
  84         ``CONFIG_MODULE_SIG_SHA1``      :menuselection:`Sign modules with SHA-1`
  85         ``CONFIG_MODULE_SIG_SHA224``    :menuselection:`Sign modules with SHA-224`
  86         ``CONFIG_MODULE_SIG_SHA256``    :menuselection:`Sign modules with SHA-256`
  87         ``CONFIG_MODULE_SIG_SHA384``    :menuselection:`Sign modules with SHA-384`
  88         ``CONFIG_MODULE_SIG_SHA512``    :menuselection:`Sign modules with SHA-512`
  89         =============================== ==========================================
  90
  91      The algorithm selected here will also be built into the kernel (rather
  92      than being a module) so that modules signed with that algorithm can have
  93      their signatures checked without causing a dependency loop.
  94
  95
  96  (4) :menuselection:`File name or PKCS#11 URI of module signing key`
  97      (``CONFIG_MODULE_SIG_KEY``)
  98
  99      Setting this option to something other than its default of
 100      ``certs/signing_key.pem`` will disable the autogeneration of signing keys
 101      and allow the kernel modules to be signed with a key of your choosing.
 102      The string provided should identify a file containing both a private key
 103      and its corresponding X.509 certificate in PEM form, or — on systems where
 104      the OpenSSL ENGINE_pkcs11 is functional — a PKCS#11 URI as defined by
 105      RFC7512. In the latter case, the PKCS#11 URI should reference both a
 106      certificate and a private key.
 107
 108      If the PEM file containing the private key is encrypted, or if the
 109      PKCS#11 token requries a PIN, this can be provided at build time by
 110      means of the ``KBUILD_SIGN_PIN`` variable.
 111
 112
 113  (5) :menuselection:`Additional X.509 keys for default system keyring`
 114      (``CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS``)
 115
 116      This option can be set to the filename of a PEM-encoded file containing
 117      additional certificates which will be included in the system keyring by
 118      default.
 119
 120 Note that enabling module signing adds a dependency on the OpenSSL devel
 121 packages to the kernel build processes for the tool that does the signing.
 122
 123
 124 =======================
 125 Generating signing keys
 126 =======================
 127
 128 Cryptographic keypairs are required to generate and check signatures.  A
 129 private key is used to generate a signature and the corresponding public key is
 130 used to check it.  The private key is only needed during the build, after which
 131 it can be deleted or stored securely.  The public key gets built into the
 132 kernel so that it can be used to check the signatures as the modules are
 133 loaded.
 134
 135 Under normal conditions, when ``CONFIG_MODULE_SIG_KEY`` is unchanged from its
 136 default, the kernel build will automatically generate a new keypair using
 137 openssl if one does not exist in the file::
 138
 139         certs/signing_key.pem
 140
 141 during the building of vmlinux (the public part of the key needs to be built
 142 into vmlinux) using parameters in the::
 143
 144         certs/x509.genkey
 145
 146 file (which is also generated if it does not already exist).
 147
 148 It is strongly recommended that you provide your own x509.genkey file.
 149
 150 Most notably, in the x509.genkey file, the req_distinguished_name section
 151 should be altered from the default::
 152
 153         [ req_distinguished_name ]
 154         #O = Unspecified company
 155         CN = Build time autogenerated kernel key
 156         #emailAddress = unspecified.user@unspecified.company
 157
 158 The generated RSA key size can also be set with::
 159
 160         [ req ]
 161         default_bits = 4096
 162
 163
 164 It is also possible to manually generate the key private/public files using the
 165 x509.genkey key generation configuration file in the root node of the Linux
 166 kernel sources tree and the openssl command.  The following is an example to
 167 generate the public/private key files::
 168
 169         openssl req -new -nodes -utf8 -sha256 -days 36500 -batch -x509 \
 170            -config x509.genkey -outform PEM -out kernel_key.pem \
 171            -keyout kernel_key.pem
 172
 173 The full pathname for the resulting kernel_key.pem file can then be specified
 174 in the ``CONFIG_MODULE_SIG_KEY`` option, and the certificate and key therein will
 175 be used instead of an autogenerated keypair.
 176
 177
 178 =========================
 179 Public keys in the kernel
 180 =========================
 181
 182 The kernel contains a ring of public keys that can be viewed by root.  They're
 183 in a keyring called ".builtin_trusted_keys" that can be seen by::
 184
 185         [root@deneb ~]# cat /proc/keys
 186         ...
 187         223c7853 I------     1 perm 1f030000     0     0 keyring   .builtin_trusted_keys: 1
 188         302d2d52 I------     1 perm 1f010000     0     0 asymmetri Fedora kernel signing key: d69a84e6bce3d216b979e9505b3e3ef9a7118079: X509.RSA a7118079 []
 189         ...
 190
 191 Beyond the public key generated specifically for module signing, additional
 192 trusted certificates can be provided in a PEM-encoded file referenced by the
 193 ``CONFIG_SYSTEM_TRUSTED_KEYS`` configuration option.
 194
 195 Further, the architecture code may take public keys from a hardware store and
 196 add those in also (e.g. from the UEFI key database).
 197
 198 Finally, it is possible to add additional public keys by doing::
 199
 200         keyctl padd asymmetric "" [.builtin_trusted_keys-ID] <[key-file]
 201
 202 e.g.::
 203
 204         keyctl padd asymmetric "" 0x223c7853 <my_public_key.x509
 205
 206 Note, however, that the kernel will only permit keys to be added to
 207 ``.builtin_trusted_keys`` **if** the new key's X.509 wrapper is validly signed by a key
 208 that is already resident in the ``.builtin_trusted_keys`` at the time the key was added.
 209
 210
 211 ========================
 212 Manually signing modules
 213 ========================
 214
 215 To manually sign a module, use the scripts/sign-file tool available in
 216 the Linux kernel source tree.  The script requires 4 arguments:
 217
 218         1.  The hash algorithm (e.g., sha256)
 219         2.  The private key filename or PKCS#11 URI
 220         3.  The public key filename
 221         4.  The kernel module to be signed
 222
 223 The following is an example to sign a kernel module::
 224
 225         scripts/sign-file sha512 kernel-signkey.priv \
 226                 kernel-signkey.x509 module.ko
 227
 228 The hash algorithm used does not have to match the one configured, but if it
 229 doesn't, you should make sure that hash algorithm is either built into the
 230 kernel or can be loaded without requiring itself.
 231
 232 If the private key requires a passphrase or PIN, it can be provided in the
 233 $KBUILD_SIGN_PIN environment variable.
 234
 235
 236 ============================
 237 Signed modules and stripping
 238 ============================
 239
 240 A signed module has a digital signature simply appended at the end.  The string
 241 ``~Module signature appended~.`` at the end of the module's file confirms that a
 242 signature is present but it does not confirm that the signature is valid!
 243
 244 Signed modules are BRITTLE as the signature is outside of the defined ELF
 245 container.  Thus they MAY NOT be stripped once the signature is computed and
 246 attached.  Note the entire module is the signed payload, including any and all
 247 debug information present at the time of signing.
 248
 249
 250 ======================
 251 Loading signed modules
 252 ======================
 253
 254 Modules are loaded with insmod, modprobe, ``init_module()`` or
 255 ``finit_module()``, exactly as for unsigned modules as no processing is
 256 done in userspace.  The signature checking is all done within the kernel.
 257
 258
 259 =========================================
 260 Non-valid signatures and unsigned modules
 261 =========================================
 262
 263 If ``CONFIG_MODULE_SIG_FORCE`` is enabled or module.sig_enforce=1 is supplied on
 264 the kernel command line, the kernel will only load validly signed modules
 265 for which it has a public key.   Otherwise, it will also load modules that are
 266 unsigned.   Any module for which the kernel has a key, but which proves to have
 267 a signature mismatch will not be permitted to load.
 268
 269 Any module that has an unparseable signature will be rejected.
 270
 271
 272 =========================================
 273 Administering/protecting the private key
 274 =========================================
 275
 276 Since the private key is used to sign modules, viruses and malware could use
 277 the private key to sign modules and compromise the operating system.  The
 278 private key must be either destroyed or moved to a secure location and not kept
 279 in the root node of the kernel source tree.
 280
 281 If you use the same private key to sign modules for multiple kernel
 282 configurations, you must ensure that the module version information is
 283 sufficient to prevent loading a module into a different kernel.  Either
 284 set ``CONFIG_MODVERSIONS=y`` or ensure that each configuration has a different
 285 kernel release string by changing ``EXTRAVERSION`` or ``CONFIG_LOCALVERSION``.