Seminar MCUboot Kompaktseminar – Secure Boot und Firmware-Updates

Das dreitägige Fachseminar vermittelt einen konzentrierten, praxisnahen Gesamtüberblick von der signierten Bootkette bis zum robusten Firmware-Update. Die technischen Zusammenhänge werden nicht nur beschrieben, sondern an einem durchgängigen Beispielsystem bis zu prüfbaren Boot- und Updatezuständen nachvollzogen.

Die Bearbeitung umfasst die Themenfelder Grundlagen, Images und Signierung, Flashlayout und Updatezyklus, Integration, Betrieb und Härtung. Jeder Themenblock beginnt mit einem eigenen Inhaltsverzeichnis, wird anschließend in klaren Arbeitsschritten umgesetzt und endet mit einer praktischen Prüfung einschließlich typischer Fehler- und Grenzfälle.

Inhaltsverzeichnis

• Zielgruppe
• Voraussetzungen
• Lernziele
• Seminarinhalte
• Tag 1: Grundlagen, Images und Signierung
• Tag 2: Flashlayout und Updatezyklus
• Tag 3: Integration, Betrieb und Härtung
• Praxisanteil
• Arbeitsweise

Zielgruppe

Embedded-Entwickler, technische Projektleiter, Tester und Integratoren, die MCUboot zügig fundiert einsetzen müssen.

Voraussetzungen

Solide C- und Mikrocontrollerkenntnisse; praktische Erfahrung mit einem Embedded-Buildsystem.

Lernziele

• MCUboot-Architektur, Imageformat und Vertrauenskette sicher einordnen
• Flashlayout, Signierung und Updateverfahren für ein Zielsystem konfigurieren
• einen vollständigen Test-, Confirm- und Revert-Zyklus durchführen
• Sicherheits-, Test- und Produktionsanforderungen in einer belastbaren Checkliste zusammenführen

Seminarinhalte

Die Inhalte werden in aufeinander aufbauenden Kapiteln bearbeitet. Jedes Tageskapitel enthält ein eigenes Inhaltsverzeichnis und einen schrittweisen Praxisablauf.

Tag 1: Grundlagen, Images und Signierung

Inhaltsverzeichnis des Tageskapitels

• Bootkette, Primärslot, Sekundärslot und Bootentscheidung
• Image-Header, geschützte TLVs, Hash, Signatur und Trailer
• Schlüsselerzeugung, imgtool und signierte Update-Artefakte
• Grundlagen von Rollback-Schutz und verschlüsselten Images
• Diagnose eines gültigen und eines manipulierten Images

Schrittweise Bearbeitung

1. Schritt 1: „Bootkette, Primärslot, Sekundärslot und Bootentscheidung“ wird fachlich eingeordnet; Systemgrenzen, Voraussetzungen und Abhängigkeiten werden festgehalten.
2. Schritt 2: Für „Image-Header, geschützte TLVs, Hash, Signatur und Trailer“ werden die relevanten Konfigurationswerte, Datenstrukturen und Werkzeuge am Beispielprojekt nachvollzogen.
3. Schritt 3: „Schlüsselerzeugung, imgtool und signierte Update-Artefakte“ wird am Beispielprojekt praktisch umgesetzt und mit Bootmeldungen, Speicherinhalten oder Prüfdaten kontrolliert.
4. Schritt 4: Zu „Grundlagen von Rollback-Schutz und verschlüsselten Images“ wird ein Fehler- oder Grenzfall gezielt erzeugt, ausgewertet und mit einer belastbaren Korrektur behoben.
5. Schritt 5: „Diagnose eines gültigen und eines manipulierten Images“ wird abschließend in einen wiederholbaren Arbeits- und Prüfablauf für Entwicklungs- oder Produktionsprojekte überführt.

Praktische Umsetzung

Ein Anwendungsimage wird signiert, analysiert und mit gezielten Fehlern versehen; MCUboot muss jeden Fehler nachvollziehbar zurückweisen.

Tag 2: Flashlayout und Updatezyklus

Inhaltsverzeichnis des Tageskapitels

• Partitionen, Slot-Größen, Alignment und maximale Image-Größe
• Auswahl zwischen Swap, Overwrite, Direct-XIP und RAM-Load
• Upload oder Schreiben in den Sekundärslot
• Teststart, Selbsttest, Bestätigung und automatischer Revert
• Stromausfall und Wiederaufnahme eines unterbrochenen Updates

Schrittweise Bearbeitung

1. Schritt 1: „Partitionen, Slot-Größen, Alignment und maximale Image-Größe“ wird fachlich eingeordnet; Systemgrenzen, Voraussetzungen und Abhängigkeiten werden festgehalten.
2. Schritt 2: Für „Auswahl zwischen Swap, Overwrite, Direct-XIP und RAM-Load“ werden die relevanten Konfigurationswerte, Datenstrukturen und Werkzeuge am Beispielprojekt nachvollzogen.
3. Schritt 3: „Upload oder Schreiben in den Sekundärslot“ wird am Beispielprojekt praktisch umgesetzt und mit Bootmeldungen, Speicherinhalten oder Prüfdaten kontrolliert.
4. Schritt 4: Zu „Teststart, Selbsttest, Bestätigung und automatischer Revert“ wird ein Fehler- oder Grenzfall gezielt erzeugt, ausgewertet und mit einer belastbaren Korrektur behoben.
5. Schritt 5: „Stromausfall und Wiederaufnahme eines unterbrochenen Updates“ wird abschließend in einen wiederholbaren Arbeits- und Prüfablauf für Entwicklungs- oder Produktionsprojekte überführt.

Praktische Umsetzung

Ein vollständiges A/B-Update wird eingerichtet, unterbrochen, wiederaufgenommen und einmal bestätigt sowie einmal absichtlich zurückgerollt.

Tag 3: Integration, Betrieb und Härtung

Inhaltsverzeichnis des Tageskapitels

• Zephyr- und Sysbuild-Integration als durchgängiges Beispiel
• Firmware-Management über SMP oder einen eigenen Update-Agenten
• Logging, Flash-Dumps, Serial Recovery und Fehleranalyse
• Testautomatisierung, Schlüsseltrennung und Produktionsprofil
• Übertragung auf weitere RTOS, Plattformen und Multi-Image-Systeme

Schrittweise Bearbeitung

1. Schritt 1: „Zephyr- und Sysbuild-Integration als durchgängiges Beispiel“ wird fachlich eingeordnet; Systemgrenzen, Voraussetzungen und Abhängigkeiten werden festgehalten.
2. Schritt 2: Für „Firmware-Management über SMP oder einen eigenen Update-Agenten“ werden die relevanten Konfigurationswerte, Datenstrukturen und Werkzeuge am Beispielprojekt nachvollzogen.
3. Schritt 3: „Logging, Flash-Dumps, Serial Recovery und Fehleranalyse“ wird am Beispielprojekt praktisch umgesetzt und mit Bootmeldungen, Speicherinhalten oder Prüfdaten kontrolliert.
4. Schritt 4: Zu „Testautomatisierung, Schlüsseltrennung und Produktionsprofil“ wird ein Fehler- oder Grenzfall gezielt erzeugt, ausgewertet und mit einer belastbaren Korrektur behoben.
5. Schritt 5: „Übertragung auf weitere RTOS, Plattformen und Multi-Image-Systeme“ wird abschließend in einen wiederholbaren Arbeits- und Prüfablauf für Entwicklungs- oder Produktionsprojekte überführt.

Praktische Umsetzung

Das Beispielsystem wird zu einer produktionsnahen Konfiguration gehärtet und anhand einer End-to-End-Abnahme vom Build bis zum bestätigten Image geprüft.

Praxisanteil

Der praktische Anteil umfasst ein anwendungsimage wird signiert, analysiert und mit gezielten fehlern versehen; mcuboot muss jeden fehler nachvollziehbar zurückweisen; ein vollständiges a/b-update wird eingerichtet, unterbrochen, wiederaufgenommen und einmal bestätigt sowie einmal absichtlich zurückgerollt; das beispielsystem wird zu einer produktionsnahen konfiguration gehärtet und anhand einer end-to-end-abnahme vom build bis zum bestätigten image geprüft. Die Übungen verwenden signierte Test-Images, kontrollierte Flashzustände und nachvollziehbare Prüfergebnisse.

Arbeitsweise

Kurzvorträge ordnen die Konzepte ein. Demonstrationen zeigen die Wirkung der Konfiguration auf Image, Flash und Bootentscheidung. Die anschließenden Übungen werden schrittweise durchgeführt, durch Negativtests ergänzt und mit einer technischen Prüfliste dokumentiert.