在UFS里，有這么一個LU，主機往該LU寫數據時，UFS設備會校驗數據的合法性，只有特定的主機才能寫入；同時，主機在讀取數據時，也提供了校驗機制，保證了主機讀取到的數據是從該LU上讀的數據，而不是攻擊者偽造的數據。這個LU就是RPMB（Replay Protected Memory Block）LU，四大“名擼”（四個Well Known LU）之一。

有些人家里有保險箱，用以存放他們認為重要的東西，比如現金、存折、房產證、情書等。輸入密碼，打開密碼箱，然后放東西進去；取的時候，首先需要密碼打開保險箱，然后把東西取出。沒有密碼，老婆是萬萬看不到老公和他初戀之間的情書的。RPMB就像是手機里的密碼箱，用戶可以把一些重要數據存儲其中。

我們來看看RPMB這個數據保護保險箱。

UFS主機通過認證（authenticated）的方式訪問RPMB LU。下圖展示了數據寫過程：

首先，UFS主機和UFS設備共享密鑰，該密鑰在UFS設備出廠時就保存在UFS設備；

UFS主機在發送主機數據給UFS設備前，會用該密鑰和哈希算法生成消息認證碼(Message Authentication Code, MAC)；

UFS主機把主機數據連同MAC一起發給UFS設備；

UFS設備把收到的主機數據和共享密鑰在本地重新計算MAC，然后把計算出的MAC和收到的MAC做對比，如果一致，則認證成功,寫入到閃存；否則,拒絕該筆數據的寫。

UFS使用HMAC（Hash-based Message Authentication Code）SHA-256算法生成消息認證碼。HMAC運算利用哈希算法，以一個密鑰和一個消息為輸入，生成一個消息摘要作為輸出。關于HMAC具體算法，可參看https://en.wikipedia.org/wiki/HMAC，我們這里不深入。

消息認證碼本質是哈希值。哈希的一個特點是，即使只改變原數據一比特數據，兩者的哈希值也是完全不同的。如果惡意攻擊者在數據傳輸過程中篡改了用戶數據，那么UFS設備根據收到的數據和共享密鑰生成的MAC肯定與接收到的MAC不一樣，認證通不過，數據就不會寫入UFS設備。

這里的前提是共享密鑰不能被惡意攻擊者獲取，否則，惡意攻擊者完全可以模擬主機行為：把自己的惡意數據和共享密鑰生成MAC，然后把惡意數據和其對應的MAC發送給UFS設備。UFS設備會認證成功,惡意數據被寫入。所以，請保管好你的密碼!

但是，惡意攻擊者是狡猾的，即使他沒有辦法獲得你的密鑰，它還是有辦法對你進行攻擊的。

惡意攻擊者監聽到UFS主機和UFS設備之間某次數據傳輸，得到“主機數據 + MAC”，然后該惡意攻擊者重復發送該“主機數據 + MAC”給UFS設備，由于“主機數據 + MAC”是合法的，認證通過，UFS設備就會接收該數據并寫到閃存。惡意攻擊者如果一直重復發這些數據給UFS設備，UFS設備RPMB LU將會被寫爆！這就是重放攻擊, Replay Attack。

RPMB的全名是：Replay Protection Memory Block，它的名字暗示了RPMB是能抵御重放攻擊的。那么RPMB是怎么對付重放攻擊的呢？

UFS維護了一個寫計數（Write Counter），初始化為0。UFS設備每次成功處理完一個RPMB寫命令，寫計數加一。主機在往設備寫入數據前，獲得該計數。然后把用戶數據和該計數一起做MAC計算。這樣，即使惡意攻擊者竊聽到某次合法的“用戶數據 + MAC”，往設備寫入時，由于寫計數發生變化，它無法生成寫計數改變之后的MAC值，因此就無法一直重復往設備寫入某次合法的“用戶數據 + MAC”。魔高一尺，道高一丈，正義終戰勝邪惡！

上面就是RPMB數據安全性背后的原理。下面再回到UFS RPMB協議上來。

UFS2.1中，RPMB LU最小邏輯空間為128KB，最大為16MB。它的邏輯塊大小為256B（普通LU邏輯塊大小一般為4KB）。應用層不是通過普通的Read/Write命令讀/寫RPMB上的數據，而是通過SECURITY PROTOCOL OUT/IN命令來訪問RPMB的。

UFS主機在訪問設備RPMB時，是通過下面消息交互完成的。

每條消息包含一條或者若干條消息數據幀。消息數據幀大小是512字節，具體如下：

從中，我們看到：

認證密鑰（Key）是32字節；

1使用SHA-256計算MAC，就是任意長度的數據，產生的MAC值總是256比特，即MAC大小為32字節。

邏輯塊數據大小為256字節。

寫計數（Write Counter）為4字節，當該值漲到0xFFFF FFFF，它就保持不動，不會繼續增長了。

Address，RPMB的邏輯地址，同LBA。兩個字節，最多表示65536個邏輯塊，每個邏輯塊大小為256字節，因此RPMB邏輯空間最大為

Block Count，邏輯塊數，即指定讀寫多少個邏輯塊。

Result，RPMB操作結果（狀態）。

下面舉幾個RPMB操作例子來理解上面的消息：

主機讀取寫計數

如前所述，寫計數的目的是抵御重放攻擊。寫計數是UFS設備管理和維護的，UFS設備遞增該計數。主機在寫數據時，需要知道該計數，然后加上用戶數據，一起計算MAC。

命令層發SECURITY PROTOCOL OUT/IN命令讀取寫計數，然后傳輸層生成相應的UPIU進行主機與設備之間的交互，具體見上圖。

主機寫認證數據

主機命令層通過SECURITY PROTOCOL OUT命令把用戶數據和對應的MAC發送給設備，然后通過SECURITY PROTOCOL OUT請求獲取前面數據寫結果，最后通過SECURITY PROTOCOL IN讀取寫結果。寫結果中包含新的寫計數，這樣下次主機利用新的寫計數計算MAC。注意，只有本次寫認證數據成功，設備才會遞增該計數。

主機讀認證數據

首先，主機通過SECURITY PROTOCOL OUT命令發送讀取認證數據請求給設備，然后發送SECURITY PROTOCOL IN命令讀取數據。

注意，主機讀取數據也是需要認證的。在設備端，UFS設備會計算MAC，然后主機端根據MAC認證該數據。這樣可以防止惡意攻擊者在數據傳輸過程中（從設備到主機），用惡意數據更換原始數據。

RPMB提供了認證訪問方式和抵御重放攻擊的機制，保證了存儲在RPMB LU上數據的安全。因此，用戶可以把一些敏感和重要的信息寫在RPMB上。在實際應用中，它通常用于存儲一些有防止非法篡改需求的數據，例如手機上指紋支付相關的公鑰、序列號等敏感信息。