写在前面
使用破解固件（Homebrew），如本文所述的大气层、SX OS等，是用户个人的选择，需自行承担一切风险与责任。如无特殊需求，建议使用原版系统。
若您出于极客精神或实际需要，希望使用自制固件，建议您在开始之前阅读以下内容再做出最后决定。
本篇内容不涉及系统制作与安装相关内容，仅作原理介绍。
有关合法性
简要结论：使用破解固件合情且可能合法，运行盗版软件绝对非法
就情理而言，消费者对所购买的硬件及附属操作系统应当享有充分、完全的使用权利。任天堂强制绑定系统硬件与固件，藉此限制了硬件功能的发挥，且持续使用技术手段进行遥测，用户个人进行系统提权（即使用破解固件）有一定依据。这与苹果手机越狱、安卓手机解锁BL等操作类似。
在部分欧美国家的法律情境中（如美国），对操作系统进行修改、自定义甚至逆向工程（如制作游戏模拟器）均是经过法律实践检验的合法行为；而在中国，相关的法律实例很少，可以视为事实上的灰色地带。因此可以粗浅的认定：在当前中国的法律情景下，个人使用自制固件大概率无需承担法律责任。
然而，根据订立的《最终用户协议》，平台运营企业（任天堂）有充分理由与权利禁止向运行自定义固件的设备提供增值服务，包括售后以及联网（俗称ban机）等。
使用、破解或修改游戏软件是绝对侵犯著作权法的行为。运行盗版软件、使用非官方许可的MOD、侵入联机软件及服务器（如联机时使用作弊代码）均有可能被著作权方追究法律责任。在中国，考虑到著作权侵权的告诉原则，一般只有传播或盈利才会被追究法律责任。
另需注意，基于自制固件与软件盗版之间存在千丝万缕的联系，以商业目的提供自制固件的安装与销售服务将难以逃脱法律责任。目前，腾讯已在浙江及广东提起对销售改机芯片商家的诉讼，并已经锁定证据。
原理
大气层 Atmosphere
大气层(Atmosphere)系统利用的漏洞名为Fusee-Gelee，技术细节可参见：https://gitee.com/wandering_snow/fusee_gelee_explained_in_chinese
下面做一个简短的介绍。为使文字更加通俗易懂，此处省略了大部分技术细节：
一般而言，当我们启动Switch主机时，主机会首先找寻Bootloader，即引导文件。在完成签名校验后，主机会加载到Bootloader，进而启动系统。
在对Switch软件的研究中，开发者们发现了潜藏的RCM恢复模式。这一模式用于系统崩溃时的介入诊断与刷写，只需短接右手柄导轨中的两个触点，同时按下音量“+”和开机键，即可进入。在该模式下，主机会通过USB连接读取一段代码，也就是所谓的Payload。Payload中包含高级别的调度指令，能介入系统底层进行操作。
RCM夹具
一般而言，Payload文件会自带签名，只有签名验证通过，系统才会加载Payload。此时，系统的其它安全措施还未启用，签名验证环节是唯一的安全措施。
然而，Switch的USB传输环节存在一个严重的bug，对Payload中部分环节的代码处理不当。开发者通过注入特定的代码触发这一漏洞，能够绕过签名校验，直接加载Payload。
这里再做一个形象化的说明：
让我们把Switch的操作系统比作海拉鲁城堡。想要进入城堡，必须持通行证（合法的签名）通过关卡；不巧，负责守关核查通行证件的，正是我们武艺高强、所向披靡的林克。加农想要攻入城堡，第一步就得解决林克这个心头大患。
按照平常城堡的安全机制，想要潜入城堡是不太可能的。但如果遇到战争，城堡会进入到战时状态（主机的RCM恢复模式）。
盖侬先指挥大军佯攻城堡，使城堡防卫进入战时状态（短接）。与此此时，盖侬亲自带着一队人马，佯装成前来换防的援军（准备注入的Payload）到达正门。
正当林克准备查验来者的证件时，盖侬一个剑劈斩向林克（注入溢出代码）。林克准备使用无敌盾反反弹攻击之时，却被强大的电流击垮在了地上。原来，阴险的盖侬换了一把电剑，林克所持的金属盾难以招架，触电倒地（成功触发漏洞）。
由于战时状态下的城堡关闭了剩余的核验关卡与防护措施，盖侬的人马得以长驱直入，占领城堡（启动自定义固件）。
遗憾的是，为了防止Payload校验机制被篡改，所有的代码都在主机出厂时就已写死——熔断保险丝，物理限制再次写入。这也意味着，任天堂和英伟达完全没有在现有设备中修复漏洞的可能。
在漏洞公开后，任天堂修改了新出厂主机中的USB传输模式，从源头上封锁了这一漏洞。
改机芯片 SX Core
正当任天堂自恃主机已经金汤固若时，历来以商业化破解各家主机著称的Team Xecuter团队再次重重的打了老任的脸。2020年6月起，SX Core改机芯片正式发售。
通过在主机核心元器件上物理焊接改机芯片，SX Core得以夺取了系统的最终控制权。但由于SX Core芯片并非开源，即便是在TX团队核心成员被捕、官网下线之后，芯片的技术细节始终未被公开，任天堂也始终未能封锁漏洞。
当前主流的猜想为，SX Core会通过主控芯片向主机内部的存储芯片写入篡改过的Bootloader，并通过某种方式欺骗系统签名验证。
依旧借用上面海拉鲁城堡的例子，这就相当于加农通过乔装打扮、打通内部环节、伪造通关文书，直接从林克眼皮底下侵入了海拉鲁城堡。
另一种说法是，SX Core会通过写入CPU中断表来使主机进入RCM模式，进而进一步欺骗引导。无论哪种说法是正确的（也或许均有错误），SX Core破解系统的方式都无疑是非常“硬核”的，以至于大气层系统的核心开发者SciresM都公开表示，新版Switch的“软破”可能永远都不会出现。
在任天堂法律团队重拳出击之后，SX Core的出货及经销渠道被尽数封锁，芯片的价格也随之水涨船高。当然，随着芯片制造商生产环节的转移（据称正筹划转移到越南），Switch改机芯片的供应不会永久中断。只要畸形的盗版市场一直存在，破解就不会停止。
极客与黑客
最后，让我们把目光转向大气层系统的开发团队ReSwitched与SX Core改机芯片的开发团队Team Xecuter。当TX被任天堂重拳出击时，ReSwitched却始终在不断更新着大气层系统的版本，丝毫不受影响。这是为什么呢？
TX团队最大的问题在于商业化。为了达到销售芯片和自制固件的目的，他们不择手段——丝毫不避讳软件盗版。他们解除了系统内部的DRM验证，甚至开发出.xci格式的卡带模拟文件，帮助盗版软件迅速运行、快速传播。这也最终成为了把他们绳之以法、送上法庭的关键罪证。
然而，大气层系统的开发团队则极力回避侵权问题。当团队发现漏洞时，他们并没有将其雪藏，用于开发定制软件谋取利润，而是将其写成漏洞报告公开在互联网上，供包括任天堂在内的全体开发者阅读。虽然漏洞本身让任天堂蒙受了商业损失，但及时详尽的漏洞报告也帮助了任天堂及时止损。
同时，在原版的大气层系统中，ReSwitched团队并没有篡改DRM校验程序——只有打了第三方提供的补丁，大气层系统才能运行盗版软件。为了避免载入盗版软件，大气层系统也不内置软件安装功能——只有安装了第三方开发的自制软件（Homebrew），才能安装来自eShop或者卡带的游戏文件。这种可贵的中立，便是极客精神的核心内涵。
ReSwitched代表的极客是法律边缘的舞者，而TX代表的黑客则是违法侵权的行家。在“技术无罪”理念的支撑下，无数软件开发者投入到对既有商业化软硬件的深层研究中，客观上也留存了互联网可贵的开放精神。
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