AVB add_hash_footer 后镜像二进制内容分析本文深入分析了AVB add_hash_footer 处理后

1. 创建最小测试镜像

首先创建一个全零的最小测试镜像文件：

dd if=/dev/zero of=test.img bs=28 count=1

说明：原始镜像最小需要 28 字节，因为 avbtool.py 需要读取前 28 字节来判断是否为 sparse image。

2. 计算分区大小

MAX_VBMETA_SIZE = 64 * 1024
MAX_FOOTER_SIZE = 4096
PARTITION_SIZE = 64 * 1024 + 4096 + 28 = 69660

首次尝试（失败）

python avbtool.py add_hash_footer \
    --partition_size 69660 \
    --partition_name test \
    --image test.img \
    --key rsa2048.pem \
    --algorithm SHA256_RSA2048 \
    --rollback_index 1612483200

报错信息：

avbtool.py: Partition size of 69660 is not a multiple of the image block size 4096.

修正后（4K 对齐）

# 4K 对齐后分区大小 = 73728 (4096 × 18)
python avbtool.py add_hash_footer \
    --partition_size 73728 \
    --partition_name test \
    --image test.img \
    --key rsa2048.pem \
    --algorithm SHA256_RSA2048 \
    --rollback_index 1612483200

3. 镜像整体结构

add_hash_footer 处理后的镜像布局：

┌────────────────────────────┐
│   raw data (28 byte)       │
│   + 0x00 padding 4096 byte │  ← 补齐到 block_size 的整数倍
├────────────────────────────┤
│   vbmeta_blob              │  ← VBMeta 元数据块
├────────────────────────────┤
│   footer_blob_with_padding │  ← 尾部元数据（64 字节 + 填充）
└────────────────────────────┘

4. vbmeta_blob 整体布局

offset 0   ┌──────────────────────────────┐
           │     Header (256 byte)        │  ← AvbVBMetaHeader
offset 256 ├──────────────────────────────┤
           │  Authentication Block        │  ← hash + signature (64 字节对齐)
           ├──────────────────────────────┤
           │  Auxiliary Block             │  ← descriptors + pub_key (64 字节对齐)
           └──────────────────────────────┘

4.1 Header（头部，固定 256 字节）

对应 AvbVBMetaHeader，使用大端序 。

字段	类型	字节	说明
`magic`	`4s`	4	`"AVB0"` (0x41564230)
`required_libavb_version_major`	`L`	4	主版本号
`required_libavb_version_minor`	`L`	4	次版本号
`authentication_data_block_size`	`Q`	8	认证块大小
`auxiliary_data_block_size`	`Q`	8	辅助块大小
`algorithm_type`	`L`	4	算法类型
`hash_offset` / `hash_size`	`2Q`	16	Hash 偏移和大小
`signature_offset` / `signature_size`	`2Q`	16	签名偏移和大小
`public_key_offset` / `public_key_size`	`2Q`	16	公钥偏移和大小
`public_key_metadata_offset` / `public_key_metadata_size`	`2Q`	16	公钥元数据偏移和大小
`descriptors_offset` / `descriptors_size`	`2Q`	16	描述符偏移和大小
`rollback_index`	`Q`	8	回滚索引
`flags`	`L`	4	标志位
`reserved0`	`4x`	4	保留
`release_string`	`47sx`	48	版本字符串
`reserved`	`80x`	80	保留
合计		256

Header 二进制分析

$ xxd test.img

# 从偏移 4096 开始的 Header 数据
0001000: 4156 4230 0000 0001 0000 0000 0000 0000  AVB0............
0001010: 0000 0140 0000 0000 0000 0300 0000 0001  ...@............
0001020: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0020  ............... 
0001030: 0000 0000 0000 0020 0000 0000 0000 0100  ....... ........
0001040: 0000 0000 0000 00c8 0000 0000 0000 0208  ................
0001050: 0000 0000 0000 02d0 0000 0000 0000 0000  ................
0001060: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 00c8  ................
0001070: 0000 0000 601c 8a80 0000 0000 0000 0000  ....`...........
0001080: 6176 6274 6f6f 6c20 312e 312e 3000 0000  avbtool 1.1.0...

字段解析：

字段	十六进制值	解析结果
`magic`	`41 56 42 30`	`"AVB0"`
`required_libavb_version_major`	`00 00 00 01`	1
`required_libavb_version_minor`	`00 00 00 00`	0
`authentication_data_block_size`	`00 00 00 00 00 00 01 40`	320 (0x140)
`auxiliary_data_block_size`	`00 00 00 00 00 00 03 00`	768 (0x300)
`algorithm_type`	`00 00 00 01`	1 (SHA256_RSA2048)
`hash_offset`	`00 00 00 00 00 00 00 00`	0
`hash_size`	`00 00 00 00 00 00 00 20`	32
`signature_offset`	`00 00 00 00 00 00 00 20`	32
`signature_size`	`00 00 00 00 00 00 01 00`	256
`public_key_offset`	`00 00 00 00 00 00 00 C8`	200 (0xC8)
`public_key_size`	`00 00 00 00 00 00 02 08`	520 (0x208)
`public_key_metadata_offset`	`00 00 00 00 00 00 02 D0`	720 (0x2D0)
`public_key_metadata_size`	`00 00 00 00 00 00 00 00`	0
`descriptors_offset`	`00 00 00 00 00 00 00 00`	0
`descriptors_size`	`00 00 00 00 00 00 00 C8`	200 (0xC8)
`rollback_index`	`00 00 00 00 60 1C 8A 80`	1612483200
`flags`	`00 00 00 00`	0
`release_string`	`61 76 62 74 6F 6F 6C 20 31 2E 31 2E 30 00...`	`"avbtool 1.1.0"`

注意：offset/size 字段是相对于各自所在 block 起点的偏移，而非相对于整个 blob。

4.2 Authentication Block（认证块）

布局：

┌──────────────────────┐
│  Hash (32 byte)      │  ← SHA256 哈希值
├──────────────────────┤
│  Signature (256 byte)│  ← RSA 签名
├──────────────────────┤
│  Padding (0x00)      │  ← 补齐到 64 字节倍数
└──────────────────────┘

二进制数据：

# Hash (32 字节) - 偏移 4352 (0x1100)
0001100: c309 88de 75e2 2ffb c20a 7630 bf9b f096  ....u./...v0....
0001110: 55f2 ef4b 9cc1 f9b3 2b02 f016 6f4c 11a2  U..K....+...oL..

# Signature (256 字节) - 偏移 4384 (0x1120)
0001120: ca12 5a82 ef95 16c6 58f9 8590 6306 dd29  ..Z.....X...c..)
# ... (中间省略)
0001210: 8054 7ed5 0e14 5173 3791 cbf9 f8b3 0ded  .T~...Qs7.......

# Padding - 偏移 4640 (0x1220)
0001220: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................

关键计算：

hash_offset = 0，signature_offset = hash_size (紧跟 hash 之后)
authentication_data_block_size = round_to_multiple(hash_size + signature_size, 64) = 320

Hash 计算：

hash = SHA256(Header + Auxiliary)  # 不含 Authentication 自身

手动验证Hash:

# 提取 Header 和 Auxiliary 数据
$ dd if=test.img of=header_data_blob.bin skip=4096 ibs=1 count=256
$ dd if=test.img of=aux_data_blob.bin skip=4672 ibs=1 count=768  # 4096+256+320=4672
$ cat header_data_blob.bin aux_data_blob.bin > header_aux.bin

# 验证 Hash
$ sha256sum header_aux.bin
c30988de75e22ffbc20a7630bf9bf09655f2ef4b9cc1f9b32b02f0166f4c11a2  header_aux.bin

签名计算：

Signature = RSA_sign(PKCS1-v1_5_Padding || Hash)

SHA256_RSA2048 的 padding 格式：

padding = [
    0x00, 0x01] + [0xFF] * 202 + [0x00] + [
    0x30, 0x31, 0x30, 0x0D, 0x06, 0x09, 0x60, 0x86,
    0x48, 0x01, 0x65, 0x03, 0x04, 0x02, 0x01, 0x05,
    0x00, 0x04, 0x20,
]

手动验证签名:

# 生成 padding + hash
$ printf '\x00\x01' > padding.bin
$ dd if=/dev/zero bs=1 count=202 2>/dev/null | tr '\000' '\377' | \
    dd of=padding.bin bs=1 seek=2 conv=notrunc
$ printf '\x00\x30\x31\x30\x0d\x06\x09\x60\x86\x48\x01\x65\x03\x04\x02\x01\x05\x00\x04\x20' >> padding.bin
$ sha256sum header_aux.bin | cut -d' ' -f1 | xxd -r -p > hash.bin
$ cat padding.bin hash.bin > padding_and_hash.bin

# 签名
$ openssl rsautl -sign -inkey rsa2048.pem -raw < padding_and_hash.bin > signature.bin

# 验证签名
$ xxd signature.bin
0000000: ca12 5a82 ef95 16c6 58f9 8590 6306 dd29  ..Z.....X...c..)
......
00000f0: 8054 7ed5 0e14 5173 3791 cbf9 f8b3 0ded  .T~...Qs7.......

注意：padding + hash 总长度等于 RSA 模数字节数 (256)。

4.3 Auxiliary Block（辅助块）

布局：

+--------------------------+  aux offset 0
|     Descriptors          |  descriptors_offset=0, descriptors_size=N
+--------------------------+
|     Public Key           |  public_key_offset=N
+--------------------------+
| Public Key Metadata      |  public_key_metadata_offset=N+key_size
+--------------------------+
|   Padding (\0)           |  补齐到 64 字节倍数
+--------------------------+

Descriptors 详细分析

此处的 Descriptor 类型为 AvbHashDescriptor。

固定头部 (132 字节)，使用大端序：

偏移	字段	格式	字节	说明
0	`tag`	`Q`	8	= 2，标识 descriptor 类型
8	`num_bytes_following`	`Q`	8	后续总字节数（不含 tag 和自身）
16	`image_size`	`Q`	8	镜像数据大小
24	`hash_algorithm`	`32s`	32	算法名，NUL 填充
56	`partition_name_len`	`L`	4	分区名长度
60	`salt_len`	`L`	4	Salt 长度
64	`digest_len`	`L`	4	Digest 长度
68	`flags`	`L`	4	标志位
72	`reserved`	`60s`	60	保留，全 0
	合计		132

# 从偏移 4672 (0x1240) 开始
0001240: 0000 0000 0000 0002 0000 0000 0000 00b8  ................
0001250: 0000 0000 0000 001c 7368 6132 3536 0000  ........sha256..
0001260: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
0001270: 0000 0000 0000 0000 0000 0004 0000 0020  ............... 
0001280: 0000 0020 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ... ............

字段解析：

字段	十六进制值	解析结果
`tag`	`00 00 00 00 00 00 00 02`	2 (HashDescriptor)
`num_bytes_following`	`00 00 00 00 00 00 00 B8`	184
`image_size`	`00 00 00 00 00 00 00 1C`	28 (原始镜像大小)
`hash_algorithm`	`73 68 61 32 35 36 00...`	`"sha256"`
`partition_name_len`	`00 00 00 04`	4
`salt_len`	`00 00 00 20`	32
`digest_len`	`00 00 00 20`	32
`flags`	`00 00 00 00`	0

变长尾部（紧接固定头之后，偏移 4804 / 0x12C4）：

拼接顺序：partition_name + salt + digest + padding

ret = desc + encoded_name + self.salt + self.digest + padding

# 从 0x12C4 开始
00012c0: 0000 0000 7465 7374 f8c7 3426 02a2 c0c2  ....test..4&....
00012d0: 4dbb eaf7 465c be86 c82a 946d ed8b 1a8c  M...F\...*.m....
00012e0: 7959 2e33 6c27 0d0e 6f09 c32f 7494 e149  yY.3l'..o../t..I
00012f0: bb37 c2d8 df2c 98c0 005e 157b 677f bbf2  .7...,...^.{g...

段	数据	长度	说明
`partition_name`	`74 65 73 74`	4	`"test"`
`salt`	`f8c7 3426 02a2 c0c2 4dbb eaf7 465c be86 c82a 946d ed8b 1a8c 7959 2e33 6c27 0d0e`	32	盐值
`digest`	`6f09 c32f 7494 e149 bb37 c2d8 df2c 98c0 005e 157b 677f bbf2 38e7 84d3 4a46 5c0e`	32	`SHA256(salt + origin_data)`

Digest 验证：

# 提取 salt
$ dd if=test.img of=salt.bin skip=4808 ibs=1 count=32  # 0x12C8

# 拼接 salt + 原始数据
$ cat salt.bin <(dd if=/dev/zero bs=28 count=1 2>/dev/null) > salt_origin.bin

# 验证 digest
$ sha256sum salt_origin.bin
6f09c32f7494e149bb37c2d8df2c98c0005e157b677fbbf238e784d34a465c0e  salt_origin.bin

Public Key

# public_key_offset = 0xC8，从 0x1308 开始
0001300: 38e7 84d3 4a46 5c0e 0000 0800 4cbb a51d  8...JF\.....L...
# ... (520 字节)
0001500: e6d0 7b84 e708 8d5a 80de d3f6 f533 c17e  ..{....Z.....3.~

Public Key Metadata

# public_key_metadata_offset = 0x2D0，从 0x1510 开始
# public_key_metadata_size = 0，此处为空
0001510: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................

5. footer_blob_with_padding

布局说明

add_hash_footer 会在镜像末尾预留 4096 字节用于存储 AvbFooter，其中：

前 4032 字节 (4096 - 64)：全 0 填充
后 64 字节：AvbFooter 结构体

AvbFooter 结构体 (64 字节)

使用大端序 (!)，格式串 '!4s 2L Q Q Q 28x'：

偏移	字段	字节	说明
0	`magic`	4	`'AVBf'` (0x41564266)
4	`version_major`	4	主版本号
8	`version_minor`	4	次版本号
12	`original_image_size`	8	原始镜像大小 (28 字节)
20	`vbmeta_offset`	8	VBMeta blob 偏移 (0x1000)
28	`vbmeta_size`	8	VBMeta blob 大小 (0x540)
36	`reserved`	28	全 0 填充
	合计	64

二进制数据

# 文件末尾 4096 字节区域
# 偏移 0x1000-0x1FBF: 4032 字节的 0x00 填充
# 偏移 0x1FC0: AvbFooter 起始位置

# 4032 字节的 0x00 填充
0011000: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
0011010: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
... (中间省略) ...
0011fa0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
0011fb0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
0011fc0: 4156 4266 0000 0001 0000 0000 0000 0000  AVBf............  ← 64 字节 AvbFooter 起始
0011fd0: 0000 001c 0000 0000 0000 1000 0000 0000  ................
0011fe0: 0000 0540 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ...@............
0011ff0: 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000  ................
0012000:                                         ← 文件结束 (73728 字节)

字段解析

偏移	十六进制数据	解析结果
0x1FC0	`41 56 42 66`	`"AVBf"` (magic)
0x1FC4	`00 00 00 01`	主版本号 = 1
0x1FC8	`00 00 00 00`	次版本号 = 0
0x1FCC	`00 00 00 00 00 00 00 1C`	原始镜像大小 = 28
0x1FD4	`00 00 00 00 00 00 10 00`	vbmeta_offset = 4096 (0x1000)
0x1FDC	`00 00 00 00 00 00 05 40`	vbmeta_size = 1344 (0x540)
0x1FE4	`00...` (28 字节)	reserved = 全 0

6. 完整布局总结

偏移 0x0000
┌─────────────────────────────────┐
│  原始数据 (28 字节)               │
│  + 0x00 填充到 4096 byte         │  ← 原始镜像分区
├─────────────────────────────────┤
│  vbmeta_blob (0x540 byte)       │  ← 包含 Header + Authentication + Auxiliary
│  - Header: 256 byte             │
│  - Authentication: 320 byte     │
│  - Auxiliary: 768 byte          │
├─────────────────────────────────┤
│  0x00 padding                   │  ← 填充至 4096 字节边界前的剩余空间
├─────────────────────────────────┤
│  Footer (4096 byte)             │
│  ├─ 0x00 padding (4032 byte)    │  ← 前 4032 字节全 0
│  └─ AvbFooter (64 byte)         │  ← 最后 64 字节
│     ├─ magic: "AVBf"            │
│     ├─ version: 1.0             │
│     ├─ original_image_size: 28  │
│     ├─ vbmeta_offset: 0x1000    │
│     ├─ vbmeta_size: 0x540       │
│     └─ reserved: 0              │
└─────────────────────────────────┘
偏移 0x12000  ← 文件结束 (73728 字节 = 4096 × 18)

7. 关键要点

分区大小必须 4K 对齐：partition_size 必须是 4096 的倍数
Authentication Block 包含 Hash 和 Signature，其大小为 320 字节（64 字节对齐）
Hash 计算范围：Header + Auxiliary，不含 Authentication 自身
签名机制：对 PKCS1-v1_5_Padding + Hash 进行 RSA 签名
Footer 固定在文件末尾 64 字节，包含 VBMeta 位置信息
原始数据 在 vbmeta_blob 之前，已被填充到 4096 字节边界