Introducing iOS bootloader.

1. 資科工所
0786030
陳柏宇

2.  正常模式
 恢復模式 – Recovery Mode
 韌體更新模式 – DFU Mode
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3.  Boot ROM
 LLB (Low Level Bootloader)
 iBoot
 Kernel
 iOS launchd
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4. 4

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Application Processor
Boot ROM
Apple Public Key Low-Level
Bootloader
(LLB)
iBoot Kernel iOS

6.  iOS 啟動過程中，均會驗證每個元件是否經過 Apple 加密簽名
 Boot ROM 包含 Apple Root CA Public Key
 除了 Boot ROM 沒有加密以外，其他元件都有加密
 iBoot
 LLB
 Kernel
 Filesystem
 Baseband
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7.  如果啟動失敗則切換到 DFU Mode
 A5 之前有漏洞，可繞過簽名檢查安裝客製化的 LLB
 使用 A5 的裝置
 Apple iPad 2
 Apple iPhone 4S
 Apple Apple TV 第三代
 Apple iPod touch 5
 Apple iPad mini
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8.  受影響的處理器 S5L8720 / S5L8920
 當時 LLB 從 NOR 載入到 RAM 時沒有進行簽名檢查以及長度檢查
 在恢復模式更新 LLB 也沒有進行檢查
 Boot Rom 放在 0x0 ~ 0x100000，搬移到 0x20000000 ~ 0x20100000
 SRAM 映射到 0x22000000 ~ 0x22100000 以及 0x84000000 ~
0x84100000
 SRAM ～ SRAM+0x24000 用來存放 LLB
 SRAM+0x24000 用來存放 Boot ROM 需要用到的 variables、heap 和
stack
 因此 LLB 只要長度大於 0x24000 byte 就可以產生溢位，覆蓋 Boot
Rom 的簽名檢查
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9.  S5L8720 – iPod Touch 2G
 0x220240D4 - SHA1 accelerator register table
 0x22024200 - Block Device List
 0x220250A0 - Permissions Flags
 0x220254E0 - Interrupt Table
 0x2202C000 - Page table
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10.  負責載入 iBoot，若載入失敗，進入到 DFU Mode
 格式為加密的 IMG3 / IMG4 檔案
 Firmware/all_flash.xxxlp.production/LLB.xxx.RELEASE.img3
 Firmware/all_flash/LLB.d42.RELEASE.im4p
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11.  iBSS (iBoot Single Stage)
 負責底層初始化以及準備載入 iBEC
 iOS 10 之後改名為 iBootStage1
 iBEC (iBoot Epoch Change)
 負責 iTunes 通過 USB 升級 iOS 的過程
 iOS 10 之後改名為 iBootStage2
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12.  主要的 Loader
 負責載入 OS Kernel
 在 iOS5 時，iBoot 會被載入到 0x5FF00000 執行
 內建 HFS+ / APFS Driver，可直接存取 iOS 檔案系統，並支援多
執行緒
 main
 顯示啟動的蘋果 logo
 根據 auto-boot 和 boot-command(fsboot) 進行啟動環境的設定
 uart reader
 Debug 測試用
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13.  fsboot()
 掛載檔案系統
 定位kernel
 準備裝置
 若啟動失敗，則進入恢復模式
 idleoff
 idle超過一定時間則關閉設備
 poweoff
 電量不足時關閉設備
 usb-req
 處理iTunes的USB連接
 usb-high-current / usb-no-current
 處理USB充電
 command
 啟動shell
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15. 15

16. 16

18.  基於 iOS 9.3 的 iBoot 原始碼，在 2018 年 2 月被洩露到 github 上
 包含以下裝置的 iBoot 原始碼
 iBoot for A5 targets (s5l8940x, s5l8942x, s5l8945x, s5l8947x) and
s5l8747x (used in Haywire)
 iBoot for A6 targets (both s5l8950x and s5l8955x)
 iBoot for A7 (s5l8960x), A8 (t7000, t7001), A9 (s8000, s8003, s8001),
S1 (s7002) and S1P/S2 (t8002)
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19.  /apps # SecureROM, iBoot, EmbeddedIOP
 /arch # Platform architecture-specific code
 /docs
 /drivers # apple, nand, nor, power, usb, etc
 /include # Header and libs
 /lib # Support library
 /makefiles
 /platform # SoC-specific code, drivers, startup code, etc
 /sys # Core OS services.
 /target # Target-specific code, fpga, sim, etc
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21.  main.c 主要函式
 _main
 boot_selected
 lookup_image_in_bdev
 load_selected_image
 boot_loaded_image
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24.  arm_invalidate_dcache()
 arm_invalidate_icache()
 aux_cr = arm_read_aux_cr();
 arm_write_aux_cr(aux_cr);
 cr = arm_read_cr();
 arm_write_cr(cr);
 arm_mmu_init(resume);
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26.  Initialise the heap.
 security_init(false);
 sys_setup_default_environment();
 task_init();
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27.  platform_setup_default_en
vironment()
 target_setup_default_envir
onment()
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28.  platform_setup_default_environment()
 env_set("boot-device", "nvme_nand0", 0);
 target_setup_default_environment()
 env_set("boot-args", " debug=0x14e serial=3 amfi=3 amfi_get_out_of_my_way=1
cs_enforcement_disable=1 fips_mode=0", 0);
 env_set("display-color-space","RGB888", 0);
 env_set("display-timing", "fpga-wsvga", 0);
 env_set("ramdisk-delay", "60000000", 0); /* This tells PurpleRestore to slow down;
rdar://6345846 */
 env_set("idle-off", "false", 0);
 env_set("bootdelay", "3", 0);
 env_set("debug-uarts", "3", 0);
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29.  platform_enable_boot_interface(true, boot_device, boot_arg);
 security_init(true);
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34.  do_ll_init();
 sys_init();
 platform_early_init();
 platform_init_mainmem(resume);
 platform_init();
 check_enter_dfu();
 find_boot_images();
 boot_iboot();
 security_init(false);
 main_dfu();
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35.  platform_power_init();
 miu_init(); /* CIF, SCU, remap setup */
 clocks_init();
 interrupt_init();
 timer_init(0);
 boot_set_stage(kPowerNVRAMiBootStageProductStart);
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36.  platform_enable_error_handler();
 spi_init();
 pci_init();
 apcie_set_s3e_mode(true);
 nvme_init(0, apcie_get_port_bridge(0), 0);
 target_init(); //flash_nor_init(SPI_NOR0);
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39.  bootfile = (char *)malloc(FS_MAXPATHLEN);
 err = mount_bootfs();
 err = load_kernelcache_file(bootfile,
IMAGE_TYPE_KERNELCACHE, &entry, &boot_args);
 boot_darwin((void *)entry, (void *)boot_args);
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