UFS其中一个LU RPMB数据保护保险箱的详细资料概述
在ufs里，有这么一个lu，主机往该lu写数据时，ufs设备会校验数据的合法性，只有特定的主机才能写入；同时，主机在读取数据时，也提供了校验机制，保证了主机读取到的数据是从该lu上读的数据，而不是攻击者伪造的数据。这个lu就是rpmb（replay protected memory block）lu，四大“名撸”（四个well known lu）之一。
有些人家里有保险箱，用以存放他们认为重要的东西，比如现金、存折、房产证、情书等。输入密码，打开密码箱，然后放东西进去；取的时候，首先需要密码打开保险箱，然后把东西取出。没有密码，老婆是万万看不到老公和他初恋之间的情书的。rpmb就像是手机里的密码箱，用户可以把一些重要数据存储其中。
我们来看看rpmb这个数据保护保险箱。
ufs主机通过认证（authenticated）的方式访问rpmb lu。下图展示了数据写过程：
首先，ufs主机和ufs设备共享密钥，该密钥在ufs设备出厂时就保存在ufs设备；
ufs主机在发送主机数据给ufs设备前，会用该密钥和哈希算法生成消息认证码(message authentication code, mac)；
ufs主机把主机数据连同mac一起发给ufs设备；
ufs设备把收到的主机数据和共享密钥在本地重新计算mac，然后把计算出的mac和收到的mac做对比，如果一致，则认证成功,写入到闪存；否则,拒绝该笔数据的写。
ufs使用hmac（hash-based message authentication code）sha-256算法生成消息认证码。hmac运算利用哈希算法，以一个密钥和一个消息为输入，生成一个消息摘要作为输出。关于hmac具体算法，可参看https://en.wikipedia.org/wiki/hmac，我们这里不深入。
消息认证码本质是哈希值。哈希的一个特点是，即使只改变原数据一比特数据，两者的哈希值也是完全不同的。如果恶意攻击者在数据传输过程中篡改了用户数据，那么ufs设备根据收到的数据和共享密钥生成的mac肯定与接收到的mac不一样，认证通不过，数据就不会写入ufs设备。
这里的前提是共享密钥不能被恶意攻击者获取，否则，恶意攻击者完全可以模拟主机行为：把自己的恶意数据和共享密钥生成mac，然后把恶意数据和其对应的mac发送给ufs设备。ufs设备会认证成功,恶意数据被写入。所以，请保管好你的密码!
但是，恶意攻击者是狡猾的，即使他没有办法获得你的密钥，它还是有办法对你进行攻击的。
恶意攻击者监听到ufs主机和ufs设备之间某次数据传输，得到“主机数据 + mac”，然后该恶意攻击者重复发送该“主机数据 + mac”给ufs设备，由于“主机数据 + mac”是合法的，认证通过，ufs设备就会接收该数据并写到闪存。恶意攻击者如果一直重复发这些数据给ufs设备，ufs设备rpmb lu将会被写爆！这就是重放攻击, replay attack。
rpmb的全名是：replay protection memory block，它的名字暗示了rpmb是能抵御重放攻击的。那么rpmb是怎么对付重放攻击的呢？
ufs维护了一个写计数（write counter），初始化为0。ufs设备每次成功处理完一个rpmb写命令，写计数加一。主机在往设备写入数据前，获得该计数。然后把用户数据和该计数一起做mac计算。这样，即使恶意攻击者窃听到某次合法的“用户数据 + mac”，往设备写入时，由于写计数发生变化，它无法生成写计数改变之后的mac值，因此就无法一直重复往设备写入某次合法的“用户数据 + mac”。魔高一尺，道高一丈，正义终战胜邪恶！
上面就是rpmb数据安全性背后的原理。下面再回到ufs rpmb协议上来。
ufs2.1中，rpmb lu最小逻辑空间为128kb，最大为16mb。它的逻辑块大小为256b（普通lu逻辑块大小一般为4kb）。应用层不是通过普通的read/write命令读/写rpmb上的数据，而是通过security protocol out/in命令来访问rpmb的。
ufs主机在访问设备rpmb时，是通过下面消息交互完成的。
每条消息包含一条或者若干条消息数据帧。消息数据帧大小是512字节，具体如下：
从中，我们看到：
认证密钥（key）是32字节；
1使用sha-256计算mac，就是任意长度的数据，产生的mac值总是256比特，即mac大小为32字节。
逻辑块数据大小为256字节。
写计数（write counter）为4字节，当该值涨到0xffff ffff，它就保持不动，不会继续增长了。
address，rpmb的逻辑地址，同lba。两个字节，最多表示65536个逻辑块，每个逻辑块大小为256字节，因此rpmb逻辑空间最大为
block count，逻辑块数，即指定读写多少个逻辑块。
result，rpmb操作结果（状态）。
下面举几个rpmb操作例子来理解上面的消息：
主机读取写计数
如前所述，写计数的目的是抵御重放攻击。写计数是ufs设备管理和维护的，ufs设备递增该计数。主机在写数据时，需要知道该计数，然后加上用户数据，一起计算mac。
命令层发security protocol out/in命令读取写计数，然后传输层生成相应的upiu进行主机与设备之间的交互，具体见上图。
主机写认证数据
主机命令层通过security protocol out命令把用户数据和对应的mac发送给设备，然后通过security protocol out请求获取前面数据写结果，最后通过security protocol in读取写结果。写结果中包含新的写计数，这样下次主机利用新的写计数计算mac。注意，只有本次写认证数据成功，设备才会递增该计数。
主机读认证数据
首先，主机通过security protocol out命令发送读取认证数据请求给设备，然后发送security protocol in命令读取数据。
注意，主机读取数据也是需要认证的。在设备端，ufs设备会计算mac，然后主机端根据mac认证该数据。这样可以防止恶意攻击者在数据传输过程中（从设备到主机），用恶意数据更换原始数据。
rpmb提供了认证访问方式和抵御重放攻击的机制，保证了存储在rpmb lu上数据的安全。因此，用户可以把一些敏感和重要的信息写在rpmb上。在实际应用中，它通常用于存储一些有防止非法篡改需求的数据，例如手机上指纹支付相关的公钥、序列号等敏感信息。
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这里的前提是共享密钥不能被恶意攻击者获取，否则，恶意攻击者完全可以模拟主机行为：把自己的恶意数据和共享密钥生成mac，然后把恶意数据和其对应的mac发送给ufs设备。ufs设备会认证成功,恶意数据被写入。所以，请保管好你的密码!
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