• извлечение содержимого памяти;
• повышение уровня привилегий.
Процесс хакинга аппаратных средств отличается от хакинга сети или программного обеспечения. Хакинг аппаратных средств может быть разделен на два этапа: атаки на корпус устройства и его механическую часть и атаки на электрическую схему устройства.
Атаки на корпус устройства и его механическую часть направлены на исследование корпуса устройства. Цель атак состоит в том, чтобы понять, как устроено устройство, и получить доступ к его внутренней схеме. На этом этапе для исследователя представляют интерес защитные механизмы устройства, сопряжение устройства с внешним миром, его электромагнитный и радиочастотный (EMI/RF) интерфейс и чувствительность к электростатическому разряду (ESD). Также для исследователя представляют интерес любые используемые протоколы передачи данных, как, например, инфракрасный, USB, ehthernet, радио или RS232.
Атаки на электрическую схему устройства направлены на исследование схемы устройства и других его внутренних компонентов. Во время подобных атак в типовую последовательность исследований входит реинжиниринг (инженерный анализ) платы с печатной схемой для восстановления электронной схемы (карты электронных дорог) устройства и определения возможных атак на него, например получение физического доступа к памяти, атаки на таймер, вскрытие корпуса интегральных схем и анализ кремниевых чипов. В большинстве случаев атаки на электрическую схему устройства невозможны до тех пор, пока не будут завершены успешные исследования корпуса устройства и его механической части, поскольку предварительным условием атак на электрическую схему устройства является доступ к внутренней схеме.
Вскрытие устройства: атаки на корпус устройства и его механическую часть
Наиболее общей целью анализа корпуса устройства и его механической части является получение исчерпывающей информации об устройстве и возможности исследования его внутренней части. Агрессивный физический доступ к схеме устройства может потребоваться в случае дальнейшего анализа электрической схемы. Для предотвращения или обнаружения агрессивных атак на устройства в них часто предусмотрены механизмы защиты. В устройстве защитные механизмы могут отсутствовать, а могут быть предусмотрены многократные уровни защиты.
Начальный анализ корпуса устройства должен прояснить особенности изготовления устройства. На этом этапе должно стать ясно, насколько просто будет вскрыть устройство, и можно уже выдвинуть предположение об оснащенности устройства защитными механизмами.
Многие из производителей устройств, включая производителей устройств обеспечения безопасности, не сильно озабочены производством безопасных корпусов для защиты содержимого устройства и его интеллектуальной собственности. Например, некоторые устройства легко открываются простым отвинчиванием нескольких винтов в корпусе устройства или при помощи любительского ножика, как это показано на рис. 14.1. С другой стороны, некоторые хорошо защищенные криптографические устройства оснащены рядом расположенных слоями защитных механизмов, которые защищают от физического исследования, даже наиболее досконального и современного. Например, к подобным устройствам относится криптографический сопроцессор IBM 4758, который соответствует FIPS-140-1 и даже более новым правительственным требованиям в области безопасности FIPS-140-2 (http:// csrc.nist.gov/publ ications/fi ps/fi ps140-2/fips1402.pdf).
Рис. 14.1. Вскрытие корпуса устройства идентификации ножом X-Acto
В начальной стадии исследования устройства полезно получить о нем максимум возможной информации. Свободно доступные базы данных, Web-сайты и официальные сообщения производителей для печати являются хорошей отправной точкой исследования. Иногда они содержат чрезвычайно полезную информацию относительно особенностей проектирования устройства и предусмотренных в нем (если они есть) мер обеспечения безопасности.
Полезно исследовать свойства материала, из которого сделан корпус. Особенно при исследовании устройства, которое впоследствии должно быть возвращено законному владельцу или если исследование устройства должно пройти для него незаметно. Из какого материала сделан корпус? Это может быть любой материал, включая металл, пластмассу или материал из смешанного состава. Каждый материал имеет собственные физические свойства, которые в конечном счете определяют, насколько просто можно проникнуть в устройство. Не хрупок ли материал? Удастся ли под давлением без особых усилий вскрыть корпус? Если корпус устройства состоит из спрессованных вместе частей, то не сломаются ли части еще до вскрытия корпуса? Если корпус сделан из хрупкого материала, то излишнее любопытство может принести больше вреда, чем пользы. Действительно ли материал податлив и мягок? Многие пластики очень чувствительны к прямому воздействию тепла. Для прямого воздействия тепла часто применяется теплый поток воздуха, создаваемый феном. Тем самым предпринимается попытка размягчить клей между двумя спрессованными частями корпуса. Если корпус устройства легко плавится или деформируется, то тепловую атаку применять не стоит. Если корпус устройства легко царапается при скольжении по нему ножа или отвертки, то насколько очевидны нанесенные повреждения невооруженному глазу.
Может оказаться полезным установить некоторые из процессов изготовления устройства. Зная, каким образом было изготовлено устройство, исследователь может выбрать способ вскрытия устройства и специальные инструментальные средства или оборудование для этого, если они будут нужны. Каким образом была выполнена сборка изделия? Выполнена ли сборка при помощи резьбового соединения с использованием винтов стандартного размера, с шестигранной головкой, или для вскрытия корпуса потребуются специальные инструменты? Использовался ли клей для соединения отдельных частей корпуса? Если да, то не размягчается ли клей под струей теплого воздуха? Или это термостойкий клей, который не потеряет своих свойств при тепловом воздействии? Может быть, корпус монолитный, состоящий из одной части? При изготовлении многих портативных устройств используется звуковая сварка для слипания двух слоев корпуса в единое целое, создавая цельный корпус. Подобный корпус очень трудно вскрыть, не нанося корпусу видимых повреждений.
Типы механизмов защиты
Существует большое число защитных механизмов, которые могут быть предусмотрены при проектировании устройства для защиты или предотвращения доступа к его компонентам и данным. Механизмы защиты делятся на следующие классы:
• противодействия вскрытию;
• демонстративной защиты устройства;
• обнаружения попыток вскрытия устройства;
• защитной реакции на попытки вскрытия устройства.
Часто в устройства встроены механизмы защиты, которые могут быть обнаружены только после полной разборки устройства. В этом случае может потребоваться несколько устройств только для того, чтобы можно было пожертвовать одним из них с единственной целью: обнаружить встроенные в устройство механизмы защиты. Например, для обнаружения вскрытия устройства достаточно простого выключателя, который в ответ на вскрытие устройства запустил бы процесс стирания его внутренней памяти. Вскрытие устройства позволит решить вопрос о встроенных механизмах защиты наиболее подходящим образом. После обнаружения механизмов защиты можно уже думать о способах атаки на них и защиты от атак....
Инструментарий и ловушки
Возможности механизмов защиты
Известен ряд фундаментальных технических академических печатных материалов, написанных по вопросам использования механизмов защиты и связанных с ними классических проблем. Одним из последних является доклад Вейнгарта (WeingarJ «Устройства физической защиты для компьютерных подсистем: обзор нападений и способов защиты от них» на Симпозиуме по шифровальной аппаратуре и встроенным системам 2000 (Workshop on Cryptographic Hardware and Embedded Systems 2000). Доклад посвящен описанию известных способов физического воздействия на системы: от самых простых до очень сложных. Работа Андерсона (Anderson) и Куна (Kuhn), опубликованная в материалах Второго симпозиума USENIX по вопросам электронной коммерции (The Second USENIX Workshop on Electronic Commerce 1996), разъясняет, почему нельзя доверять заявлениям производителей смарт-карт и других процессоров безопасности по поводу реализации в них средств противодействия вскрытия устройств. Они показали, как, используя некоторые современные способы, можно проникнуть внутрь таких устройств и восстановить зашифрованные данные. Материалы симпозиума расположены по адресу www.cl.cam.ac.uk/~mgk25/tamper.pdf. Работа Кларка «Физическая защита криптографических устройств» (Прогресс в криптологии: Еврокрипт 87 – Advances in Cryptology: EURO-CRYPT 87) является обзором рисков, целей и сценариев нападения, имеющих отношение к механизмам защиты. Статья Чаума (Chaum) «Концепции проектирования защитных систем реагирования» (Tamper Responding Systems), Прогресс в криптологии: материалы Crypto 83 – Advances in Cryptology: Proceedings of Crypto 83, была одной из первых работ, в которой обсуждались идеи датчиков реакции защитных систем на вскрытие устройств и способы атаки на них.
