操作系统加载程序签名验证失败

引言

在现代计算中，有一个首要的考虑因素，尤其是在确保只有受信任和合法的软件才能在系统上运行时。操作系统中的这种安全机制在启动过程中以关键方式使用签名验证。

这个过程中的失败通常被称为“操作系统加载器失败签名验证”。这是一个重大的失败问题，它导致系统启动失败，还会导致系统停止运行或出现各种错误消息。

这种失败通常发生在UEFI安全启动系统上，该系统是为了增强系统启动时的安全性而引入的。系统管理员、网络安全专家甚至普通用户了解这种现象发生的原因以及如何纠正它的重要性非常高。

UEFI 和安全启动

要理解签名验证失败，首先要理解UEFI和安全启动的含义。UEFI是旧版BIOS（基本输入/输出系统）的现代替代品；它提供了一个更灵活、更强大的环境来启动操作系统，并为它们在计算机上运行提供必要的环境和条件。UEFI的一个关键特性是其安全启动，这是一项安全标准，旨在确保在启动过程中只执行已签名的软件。

也就是说，当启用安全启动时，UEFI固件会检查所有正在运行的软件的数字签名，包括引导加载程序、内核和数千个驱动程序。实际上，这些签名是由受信任的机构生成的——通常是操作系统供应商——并存储在系统的固件中。

安全启动的工作原理

安全启动的基础依赖于数字证书和加密验证。在启动时，有一个引导加载程序来加载操作系统，因此需要提供一个有效的数字签名。如果实际生成的签名与存储在固件中的签名匹配，那么启动过程就可以继续。

如果引导加载程序的签名验证失败，安全启动将中止启动过程，并显示类似于“操作系统加载器失败签名验证”或“签名验证失败”的错误。

1. 公钥基础设施 (PKI)：系统固件存储了一个受信任的密钥和证书数据库，这些密钥和证书被授权在启动过程中加载。
2. 签名验证：UEFI 会根据受信任的数据库检查引导加载程序和其他关键组件的签名。
3. 继续或停止：如果签名有效，则允许引导加载程序加载操作系统。如果签名无效或缺失，则启动过程会停止，通常会显示错误或请求用户干预。
4. 受信任密钥数据库：UEFI 固件维护一个来自受信任供应商的公钥数据库。这些公钥存储在非易失性内存中，通常在固件内或在受信任的模块中，例如可信平台模块 (TPM)。
5. 数字签名：每个引导加载程序以及启动过程中的其他关键驱动程序，都由供应商使用私钥生成数字签名。UEFI 固件使用数据库中存储的公钥进行验证。
6. 验证和启动授权：如果组件的签名与批准的密钥匹配，则允许加载。但如果发生这种情况，安全启动将终止启动过程，例如，屏幕上可能会弹出错误，如“操作系统加载器失败签名验证”。

安全级别和验证模式

UEFI 安全启动有时可以配置为在不同模式下运行。

• 标准模式：只允许来自主要操作系统供应商的已知、受信任的签名。
• 自定义模式：这允许管理员为第三方或非标准操作系统添加自定义密钥，为独特的设置提供更多灵活性。

签名验证失败的原因

1. 无效或损坏的引导加载程序：如果引导加载程序受到干扰、损坏或被篡改，它可能会丢失其有效的数字签名。这可能是由于恶意软件或硬件故障引起的，并导致错误消息“签名验证失败”。
2. 过时的固件或证书：安全启动使用固件证书。如果这些证书已过时，并且操作系统供应商已更改其引导加载程序签名，则系统将无法识别该签名。
3. 安装未签名的软件：某些软件，特别是自定义或第三方操作系统，可能没有签名的引导加载程序。在这种情况下，安全启动将作为一种安全措施阻止系统启动。
4. 安全启动配置错误：有时，安全启动设置可能会被错误配置。例如，如果启用了安全启动，但操作系统或引导加载程序签名不正确，或者由不受信任的机构签名，则验证将失败。
5. 双启动系统：在双启动配置中，例如同时安装 Windows 和 Linux 的系统上，这可能成为一个问题，因为在签名验证失败的情况下，两个平台都没有强制执行安全启动策略。在 Linux 发行版上还需要单独进行配置。

签名验证失败的影响

如果操作系统加载器的签名验证失败，系统很可能会停止启动过程。在安全意识强和企业环境中，数据安全和正常运行时间受到高度重视的情况下，其后果相当重大。以下是可能发生的情况。

1. 更新 UEFI 固件：更新固件通常可以解决由过时证书或安全启动数据库引起的签名验证错误。固件更新通常包含来自受信任供应商的新公钥和证书。
2. 修复或重新安装引导加载程序：可以通过已知良好的版本重新安装引导加载程序。如果当前引导加载程序已损坏，这通常可以解决问题。这可以使用操作系统供应商提供的恢复工具来完成，例如 Windows 恢复环境或 Linux 的 Boot Repair。
3. 禁用安全启动（临时解决方案）：对于需要即时访问的用户，可以暂时禁用安全启动以绕过签名验证。这种方法是一种妥协，在一定程度上会影响安全性；只作为临时解决方案才会受到推荐。
4. 为第三方操作系统添加自定义密钥：在安全启动不是可选的，但其软件包是非标准的情况下，管理员可以为使用的受信任的第三方软件添加专有密钥。这意味着访问UEFI的自定义模式，并且可能的密钥签名和管理需要一定的专业知识，并可能涉及特殊设备。

故障排除和解决问题

1. 禁用安全启动：也许最不安全但最简单的解决方案是在 UEFI 设置中禁用安全启动。然后，它将允许系统绕过签名验证过程并加载未签名或不正确的软件，这将破坏系统的安全性。
2. 检查固件更新：确保系统固件是最新的。更新 UEFI 固件可能包含更新的证书，这可以解决由过时证书引起的签名不匹配问题。
3. 重新安装或修复引导加载程序：在引导加载程序损坏的情况下，可能需要对其进行修复或重新安装。这可以通过使用操作系统供应商提供的恢复工具来完成，例如 Windows 的“启动修复”或 Linux 的“Boot-Repair”。
4. 使用自定义安全启动密钥：高级用户可以手动管理安全启动密钥，通过添加自定义密钥，使第三方软件或 Linux 发行版无需完全禁用安全启动即可启动。
5. 重新安装操作系统：如果其他方法都失败了，可能需要重新安装操作系统。这可确保在系统上安装了一个新的、正确签名的引导加载程序。

安全注意事项

虽然签名验证在防止启动级别的恶意软件方面起着关键作用，但其严格的要求对灵活性和可用性施加了相当大的限制。例如，禁用安全启动允许运行自定义或未签名的软件，但它也使系统容易受到潜在风险的影响。对于需要高级安全性的组织来说，这通常是在系统访问和用户灵活性之间进行权衡的日常挑战，而安全启动的严格验证策略也增加了这种挑战。

1. 定期固件更新：保持 UEFI 固件的更新可确保访问最新的签名数据库，从而降低软件更新后出现兼容性问题的风险。
2. 备份恢复工具：如果安全启动错误阻止系统访问，则拥有可启动的恢复工具或带有受信任签名的 USB 驱动器将非常宝贵。这些工具可以在不禁用安全启动的情况下进行恢复。
3. 进行安全实践教育：告知用户：安全启动和签名验证对安全性至关重要。了解为什么未签名软件无法启动，以及是否应该禁用或配置安全启动。

操作系统加载器失败签名验证的优点和缺点

“操作系统加载器失败签名验证”错误成为现代系统在仅以受信任软件启动时的完整性和安全性的重要组成部分。这项功能在统一可扩展固件接口 (UEFI) 的安全启动支持下，提供了卩一系列安全优势。

然而，它也带来了一些缺点，可能使系统在某些易于使用的场景下灵活性较低。在本次讨论中，我们将考虑这项安全功能的优缺点。

优点

1. 增强对恶意软件的安全性

• 操作系统加载器中签名验证的一个优点是能够防止各种恶意软件攻击，包括 rootkit 和 bootkit。这些恶意软件变种以操作系统加载的级别攻击系统；因此，一旦操作系统加载，它们就可能变得隐蔽。签名验证将阻止加载未签名或修改过的文件，从而进一步防御此类威胁。
• 这确保只有来自具有有效数字签名的受信任软件源才能在启动时运行。其效果是更安全地启动环境，在那里恶意代码无法在操作系统防御激活之前接管系统。

2. 符合行业标准和最佳实践

• 在金融机构、医疗保健组织和政府机构等敏感环境中，必须严格遵守数据安全方面的行业标准。在大多数情况下，签名验证是遵守 HIPAA、PCI DSS 和 GDPR 等法规合规性规定的必要条件。
• 这些受信任的启动路径向客户和利益相关者保证，他们的业务实体正在遵守所有行业最佳实践，因为这些签名通过实施安全指南验证了计算环境，因此签名验证成为那些强调维护安全计算环境的合规驱动型企业的理想功能。

3. 提高系统可靠性

• 防止未签名或受损的软件加载，进一步提高了签名验证稳定整个系统的能力，因为它只允许受信任的软件加载。这减少了由启动时运行的恶意或不兼容软件引起的崩溃或不可预测性的风险。
• 这项安全功能鼓励更一致和可预测的操作系统性能，这在系统可靠性高度关键的环境中尤为重要，例如服务器和工业控制系统。

4. 防止未经授权的更改

• 签名验证还阻止对操作系统和引导加载程序的未经授权的更改。所有软件元素都必须具有良好的签名才能运行，从而防止非管理员用户执行损坏的文件引起的未经授权或意外的更改。
• 这样可以避免因无意更改而导致的系统不稳定和损坏。因此，启动过程是安全可靠的，由于这个事实，管理员可以对系统的完整性拥有非常高的控制权。

缺点

1. 兼容性问题和双启动限制

• 签名验证的一个显著缺点是它对特定操作系统不敏感；例如，当您想在同一设备上安装几个使用双启动的操作系统时。例如，并非所有 Linux 发行版都使用兼容安全启动的引导加载程序，因此验证会失败。
• 大多数用户在运行 Linux 以及 Windows 或其他操作系统时都会遇到错误，但他们必须进行一些变通。他们必须禁用安全启动功能，或者在此问题上必须自行处理自定义签名。这种灵活性主要让高级和多操作系统用户感到失望。

2. 配置和管理复杂性增加

• 对于非技术用户来说，安全启动和签名验证可能是一个挑战。添加或修改密钥、签名自定义软件或排除验证错误通常需要了解 UEFI 设置和数字证书。
• 在企业环境中，当需要授权时，尤其是对于第三方应用程序或自定义构建的软件，还需要额外的管理任务来维护其受信任的密钥数据库。这种额外的配置层可能更具体，需要一些专门的知识，因此需要专门的 IT 资源。

3. 系统锁定和访问受限的可能性

• 有时，当签名验证失败时，启动会完全停止，用户甚至可能无法访问系统。此外，这有时会“锁住”用户对他们设备的访问——这非常不方便，特别是当可用的恢复选项很少时。
• 例如，当操作系统更新损害签名验证时，用户可能无法访问其信息，直到问题解决。这在远程或访问不便的地点可能很不幸，因为在这种地方克服安全启动问题可能会很困难。

4. 运行自定义或第三方软件的困难

• 安全启动中实施的严格安全措施可能会使运行个人或第三方应用程序变得困难，特别是对于希望试用其系统的开发人员。一些开源和第三方应用程序没有数字签名来通过安全启动测试。
• 这通常涉及禁用安全启动，绕过此类环境中的限制，尽管在安全环境至关重要的情况下不希望这样做。这会让希望获得对其软件和系统配置环境更多控制权的用户感到沮丧。

结论

此故障属于一项关键功能，称为操作系统加载器失败签名验证，它说明了安全性是现代操作系统启动过程中的一个重要考虑因素。此功能利用了统一可扩展固件接口 (UEFI) 的安全启动功能，在该功能中，它会验证启动时运行的任何软件，以确定它们是否由已知和受信任的实体签名。此身份验证充当一种检查，可防止加载未经授权或可能恶意的软件，从而加强系统对恶意软件和其他未经授权篡改的底层保护。

签名验证在安全和系统完整性中的重要性

本质上，签名验证提供了强大的保护，可抵御各种形式的恶意软件，特别是启动级别的恶意软件——例如 rootkit 和 bootkit。这些软件在系统最薄弱的环节：启动时运行，此时操作系统的安全功能尚未完全激活。

因此，有效阻止未经验证的代码运行可以有效地减轻这种风险，维护受信任的环境，有助于保护用户数据并确保系统完整性。

这一安全层对于数据安全和法规遵从性是支柱的行业部门也非常重要。金融机构、医疗保健提供商和政府机构都可以从这种额外的安全层中受益，因为它符合维护数据安全的所有法规要求，并有助于保持行业标准的最佳实践。在这些高风险环境中，签名验证通过表明保护敏感数据的承诺来增强安全性并赢得利益相关者之间的信任。

挑战和局限性

但是，签名验证也带来了一些权衡。兼容性是一个主要问题：安全启动可能会限制系统灵活性，至少对于那些喜欢多操作系统配置或运行开源软件的人来说是如此。例如，涉及 Windows 和某些 Linux 发行版的双启动配置可能需要更多的配置，因为并非所有 Linux 版本都开箱即用兼容安全启动。这让需要多样化操作系统环境的高级用户以及管理具有独特软件需求的系统的 IT 管理员感到沮丧。

复杂性和可用性

安全启动的设置和维护的复杂性是一种障碍，特别是当由非技术人员处理时。例如，一些常见的验证错误是启动验证中的问题、数字证书的管理以及 UEFI 下的设置处理。所有这些都需要足够的专业知识。

因此，在企业环境中，更新数据库中的密钥以及进一步处理启动验证问题需要专门的 IT 支持服务；这会增加管理成本和运营成本。错误也可能导致系统锁定，导致用户无法访问他们的系统，直到错误得到纠正。这对于普通用户来说可能很不方便，但对于远程或访问受限环境中的用户来说，如果 IT 支持在发生此类锁定时不可用，则会非常麻烦。

平衡安全与灵活性

虽然安全启动和签名验证在很大程度上增强了安全性，但它们也限制了一些自由。对于开发人员、开源倡导者甚至技术爱好者来说，这可能是一项相当大的挑战，因为未经签名、自定义或第三方软件经常被阻止。要允许此类自定义软件，需要关闭安全启动。

因此，其安全性方面的优势将变得毫无用处，使系统容易受到恶意软件和未经授权的修改的攻击。这造成了一个巨大的困境：系统是应该通过限制来在软件灵活性和安全性之间做出妥协，还是以牺牲安全性为代价来实现更高的定制性？

依赖供应商支持和最新固件

另一个重要因素是用户依赖硬件开发商和软件提供商的持续更新。如果这些更新不定期进行，包括固件和证书数据库，那么旧签名就会导致验证失败，特别是当涉及到新软件或更新时。

这样，用户将被迫要么禁用安全启动以确保兼容性，要么由于缺少验证而放弃重要的软件更新，从而破坏系统的安全态势。

积极主动处理签名验证的价值

毫无疑问，在许多重视安全的で环境中，签名都非常重要，它能提供额外的保护，抵御低级恶意软件和外部篡改。因此，一个企业或用户越注重安全，就越会重视安全启动等功能。它确实限制了细致的管理——但保护启动过程提供了系统环境信任的基本条件。