]> Git Repo - qemu.git/blob - docs/specs/tpm.txt
Merge remote-tracking branch 'remotes/mdroth/tags/qga-pull-2018-10-30-v3-tag' into...
[qemu.git] / docs / specs / tpm.txt
1 QEMU TPM Device
2 ===============
3
4 = Guest-side Hardware Interface =
5
6 The QEMU TPM emulation implements a TPM TIS hardware interface following the
7 Trusted Computing Group's specification "TCG PC Client Specific TPM Interface
8 Specification (TIS)", Specification Version 1.3, 21 March 2013. This
9 specification, or a later version of it, can be accessed from the following
10 URL:
11
12 https://trustedcomputinggroup.org/pc-client-work-group-pc-client-specific-tpm-interface-specification-tis/
13
14 The TIS interface makes a memory mapped IO region in the area 0xfed40000 -
15 0xfed44fff available to the guest operating system.
16
17
18 QEMU files related to TPM TIS interface:
19  - hw/tpm/tpm_tis.c
20  - hw/tpm/tpm_tis.h
21
22
23 QEMU also implements a TPM CRB interface following the Trusted Computing
24 Group's specification "TCG PC Client Platform TPM Profile (PTP)
25 Specification", Family "2.0", Level 00 Revision 01.03 v22, May 22, 2017.
26 This specification, or a later version of it, can be accessed from the
27 following URL:
28
29 https://trustedcomputinggroup.org/resource/pc-client-platform-tpm-profile-ptp-specification/
30
31 The CRB interface makes a memory mapped IO region in the area 0xfed40000 -
32 0xfed40fff (1 locality) available to the guest operating system.
33
34 QEMU files related to TPM CRB interface:
35  - hw/tpm/tpm_crb.c
36
37
38 = ACPI Interface =
39
40 The TPM device is defined with ACPI ID "PNP0C31". QEMU builds a SSDT and passes
41 it into the guest through the fw_cfg device. The device description contains
42 the base address of the TIS interface 0xfed40000 and the size of the MMIO area
43 (0x5000). In case a TPM2 is used by QEMU, a TPM2 ACPI table is also provided.
44 The device is described to be used in polling mode rather than interrupt mode
45 primarily because no unused IRQ could be found.
46
47 To support measurement logs to be written by the firmware, e.g. SeaBIOS, a TCPA
48 table is implemented. This table provides a 64kb buffer where the firmware can
49 write its log into. For TPM 2 only a more recent version of the TPM2 table
50 provides support for measurements logs and a TCPA table does not need to be
51 created.
52
53 The TCPA and TPM2 ACPI tables follow the Trusted Computing Group specification
54 "TCG ACPI Specification" Family "1.2" and "2.0", Level 00 Revision 00.37. This
55 specification, or a later version of it, can be accessed from the following
56 URL:
57
58 https://trustedcomputinggroup.org/tcg-acpi-specification/
59
60
61 QEMU files related to TPM ACPI tables:
62  - hw/i386/acpi-build.c
63  - include/hw/acpi/tpm.h
64
65
66 = TPM backend devices =
67
68 The TPM implementation is split into two parts, frontend and backend. The
69 frontend part is the hardware interface, such as the TPM TIS interface
70 described earlier, and the other part is the TPM backend interface. The backend
71 interfaces implement the interaction with a TPM device, which may be a physical
72 or an emulated device. The split between the front- and backend devices allows
73 a frontend to be connected with any available backend. This enables the TIS
74 interface to be used with the passthrough backend or the (future) swtpm backend.
75
76
77 QEMU files related to TPM backends:
78  - backends/tpm.c
79  - include/sysemu/tpm_backend.h
80  - include/sysemu/tpm_backend_int.h
81
82
83 == The QEMU TPM passthrough device ==
84
85 In case QEMU is run on Linux as the host operating system it is possible to
86 make the hardware TPM device available to a single QEMU guest. In this case the
87 user must make sure that no other program is using the device, e.g., /dev/tpm0,
88 before trying to start QEMU with it.
89
90 The passthrough driver uses the host's TPM device for sending TPM commands
91 and receiving responses from. Besides that it accesses the TPM device's sysfs
92 entry for support of command cancellation. Since none of the state of a
93 hardware TPM can be migrated between hosts, virtual machine migration is
94 disabled when the TPM passthrough driver is used.
95
96 Since the host's TPM device will already be initialized by the host's firmware,
97 certain commands, e.g. TPM_Startup(), sent by the virtual firmware for device
98 initialization, will fail. In this case the firmware should not use the TPM.
99
100 Sharing the device with the host is generally not a recommended usage scenario
101 for a TPM device. The primary reason for this is that two operating systems can
102 then access the device's single set of resources, such as platform configuration
103 registers (PCRs). Applications or kernel security subsystems, such as the
104 Linux Integrity Measurement Architecture (IMA), are not expecting to share PCRs.
105
106
107 QEMU files related to the TPM passthrough device:
108  - hw/tpm/tpm_passthrough.c
109  - hw/tpm/tpm_util.c
110  - hw/tpm/tpm_util.h
111
112
113 Command line to start QEMU with the TPM passthrough device using the host's
114 hardware TPM /dev/tpm0:
115
116 qemu-system-x86_64 -display sdl -accel kvm \
117   -m 1024 -boot d -bios bios-256k.bin -boot menu=on \
118   -tpmdev passthrough,id=tpm0,path=/dev/tpm0 \
119   -device tpm-tis,tpmdev=tpm0 test.img
120
121 The following commands should result in similar output inside the VM with a
122 Linux kernel that either has the TPM TIS driver built-in or available as a
123 module:
124
125 #> dmesg | grep -i tpm
126 [    0.711310] tpm_tis 00:06: 1.2 TPM (device=id 0x1, rev-id 1)
127
128 #> dmesg | grep TCPA
129 [    0.000000] ACPI: TCPA 0x0000000003FFD191C 000032 (v02 BOCHS  \
130     BXPCTCPA 0000001 BXPC 00000001)
131
132 #> ls -l /dev/tpm*
133 crw-------. 1 root root 10, 224 Jul 11 10:11 /dev/tpm0
134
135 #> find /sys/devices/ | grep pcrs$ | xargs cat
136 PCR-00: 35 4E 3B CE 23 9F 38 59 ...
137 ...
138 PCR-23: 00 00 00 00 00 00 00 00 ...
139
140
141 == The QEMU TPM emulator device ==
142
143 The TPM emulator device uses an external TPM emulator called 'swtpm' for
144 sending TPM commands to and receiving responses from. The swtpm program
145 must have been started before trying to access it through the TPM emulator
146 with QEMU.
147
148 The TPM emulator implements a command channel for transferring TPM commands
149 and responses as well as a control channel over which control commands can
150 be sent. The specification for the control channel can be found here:
151
152 https://github.com/stefanberger/swtpm/blob/master/man/man3/swtpm_ioctls.pod
153
154
155 The control channel serves the purpose of resetting, initializing, and
156 migrating the TPM state, among other things.
157
158 The swtpm program behaves like a hardware TPM and therefore needs to be
159 initialized by the firmware running inside the QEMU virtual machine.
160 One necessary step for initializing the device is to send the TPM_Startup
161 command to it. SeaBIOS, for example, has been instrumented to initialize
162 a TPM 1.2 or TPM 2 device using this command.
163
164
165 QEMU files related to the TPM emulator device:
166  - hw/tpm/tpm_emulator.c
167  - hw/tpm/tpm_util.c
168  - hw/tpm/tpm_util.h
169
170
171 The following commands start the swtpm with a UnixIO control channel over
172 a socket interface. They do not need to be run as root.
173
174 mkdir /tmp/mytpm1
175 swtpm socket --tpmstate dir=/tmp/mytpm1 \
176   --ctrl type=unixio,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
177   --log level=20
178
179 Command line to start QEMU with the TPM emulator device communicating with
180 the swtpm:
181
182 qemu-system-x86_64 -display sdl -accel kvm \
183   -m 1024 -boot d -bios bios-256k.bin -boot menu=on \
184   -chardev socket,id=chrtpm,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
185   -tpmdev emulator,id=tpm0,chardev=chrtpm \
186   -device tpm-tis,tpmdev=tpm0 test.img
187
188
189 In case SeaBIOS is used as firmware, it should show the TPM menu item
190 after entering the menu with 'ESC'.
191
192 Select boot device:
193 1. DVD/CD [ata1-0: QEMU DVD-ROM ATAPI-4 DVD/CD]
194 [...]
195 5. Legacy option rom
196
197 t. TPM Configuration
198
199
200 The following commands should result in similar output inside the VM with a
201 Linux kernel that either has the TPM TIS driver built-in or available as a
202 module:
203
204 #> dmesg | grep -i tpm
205 [    0.711310] tpm_tis 00:06: 1.2 TPM (device=id 0x1, rev-id 1)
206
207 #> dmesg | grep TCPA
208 [    0.000000] ACPI: TCPA 0x0000000003FFD191C 000032 (v02 BOCHS  \
209     BXPCTCPA 0000001 BXPC 00000001)
210
211 #> ls -l /dev/tpm*
212 crw-------. 1 root root 10, 224 Jul 11 10:11 /dev/tpm0
213
214 #> find /sys/devices/ | grep pcrs$ | xargs cat
215 PCR-00: 35 4E 3B CE 23 9F 38 59 ...
216 ...
217 PCR-23: 00 00 00 00 00 00 00 00 ...
218
219
220 === Migration with the TPM emulator ===
221
222 The TPM emulator supports the following types of virtual machine migration:
223
224 - VM save / restore (migration into a file)
225 - Network migration
226 - Snapshotting (migration into storage like QoW2 or QED)
227
228 The following command sequences can be used to test VM save / restore.
229
230
231 In a 1st terminal start an instance of a swtpm using the following command:
232
233 mkdir /tmp/mytpm1
234 swtpm socket --tpmstate dir=/tmp/mytpm1 \
235   --ctrl type=unixio,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
236   --log level=20 --tpm2
237
238 In a 2nd terminal start the VM:
239
240 qemu-system-x86_64 -display sdl -accel kvm \
241   -m 1024 -boot d -bios bios-256k.bin -boot menu=on \
242   -chardev socket,id=chrtpm,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
243   -tpmdev emulator,id=tpm0,chardev=chrtpm \
244   -device tpm-tis,tpmdev=tpm0 \
245   -monitor stdio \
246   test.img
247
248 Verify that the attached TPM is working as expected using applications inside
249 the VM.
250
251 To store the state of the VM use the following command in the QEMU monitor in
252 the 2nd terminal:
253
254 (qemu) migrate "exec:cat > testvm.bin"
255 (qemu) quit
256
257 At this point a file called 'testvm.bin' should exists and the swtpm and QEMU
258 processes should have ended.
259
260 To test 'VM restore' you have to start the swtpm with the same parameters
261 as before. If previously a TPM 2 [--tpm2] was saved, --tpm2 must now be
262 passed again on the command line.
263
264 In the 1st terminal restart the swtpm with the same command line as before:
265
266 swtpm socket --tpmstate dir=/tmp/mytpm1 \
267   --ctrl type=unixio,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
268   --log level=20 --tpm2
269
270 In the 2nd terminal restore the state of the VM using the additional
271 '-incoming' option.
272
273 qemu-system-x86_64 -display sdl -accel kvm \
274   -m 1024 -boot d -bios bios-256k.bin -boot menu=on \
275   -chardev socket,id=chrtpm,path=/tmp/mytpm1/swtpm-sock \
276   -tpmdev emulator,id=tpm0,chardev=chrtpm \
277   -device tpm-tis,tpmdev=tpm0 \
278   -incoming "exec:cat < testvm.bin" \
279   test.img
280
281
282 Troubleshooting migration:
283
284 There are several reasons why migration may fail. In case of problems,
285 please ensure that the command lines adhere to the following rules and,
286 if possible, that identical versions of QEMU and swtpm are used at all
287 times.
288
289 VM save and restore:
290  - QEMU command line parameters should be identical apart from the
291    '-incoming' option on VM restore
292  - swtpm command line parameters should be identical
293
294 VM migration to 'localhost':
295  - QEMU command line parameters should be identical apart from the
296    '-incoming' option on the destination side
297  - swtpm command line parameters should point to two different
298    directories on the source and destination swtpm (--tpmstate dir=...)
299    (especially if different versions of libtpms were to be used on the
300    same machine).
301
302 VM migration across the network:
303  - QEMU command line parameters should be identical apart from the
304    '-incoming' option on the destination side
305  - swtpm command line parameters should be identical
306
307 VM Snapshotting:
308  - QEMU command line parameters should be identical
309  - swtpm command line parameters should be identical
310
311
312 Besides that, migration failure reasons on the swtpm level may include
313 the following:
314
315  - the versions of the swtpm on the source and destination sides are
316    incompatible
317    - downgrading of TPM state may not be supported
318    - the source and destination libtpms were compiled with different
319      compile-time options and the destination side refuses to accept the
320      state
321  - different migration keys are used on the source and destination side
322    and the destination side cannot decrypt the migrated state
323    (swtpm ... --migration-key ... )
This page took 0.041514 seconds and 4 git commands to generate.