Piratage MCU Freescale/Motorola

Freescale Semiconductor, Inc. est une entreprise américaine qui produit et conçoit du matériel embarqué, avec 17 milliards de puces semi-conductrices en service dans le monde. L'entreprise se concentre sur les marchés de l'automobile, de la consommation, de l'industrie et des réseaux avec son portefeuille de produits comprenant des microprocesseurs, des microcontrôleurs, des processeurs de signaux numériques, des contrôleurs de signaux numériques, des capteurs, des circuits intégrés RF et des circuits intégrés de gestion de l'alimentation. En outre, l'entreprise propose des logiciels et des outils de développement pour soutenir le développement de produits. L'entreprise détient également un vaste portefeuille de brevets, comprenant environ 6 100 familles de brevets. Le siège social est situé à Austin, au Texas, avec des activités de conception, de recherche et développement, de fabrication et de vente dans plus de 20 pays. Freescale est actuellement classée 7ème parmi les leaders des ventes de semi-conducteurs aux États-Unis et est classée 16ème dans le monde.

 

Historique de l'entreprise

Historique

Freescale a été l'une des premières entreprises de semi-conducteurs au monde, ayant débuté en tant que division de Motorola à Phoenix, en Arizona, en 1948[3], puis créée lors de la cession du secteur des produits semi-conducteurs de Motorola en 2004. En 1955, un transistor Motorola pour autoradios a été le premier transistor haute puissance commercial au monde. C'était également le premier semi-conducteur produit en série par Motorola.
Dans les années 1960, l'un des objectifs du programme spatial américain était de poser un homme sur la Lune et de le ramener sain et sauf sur Terre. En 1968, la NASA a lancé les vols habités Apollo qui ont conduit à la première mission lunaire en juillet 1969. Apollo 11 a été particulièrement significatif pour les centaines d'employés impliqués dans la conception, les tests et la production de son électronique. Une division de Motorola, qui est devenue Freescale Semiconductor, a fourni des milliers de dispositifs semi-conducteurs, des équipements de suivi et de vérification au sol, et 12 unités de suivi et de communication embarquées. Une "liaison montante" dans le module de commande d'Apollo recevait les signaux de la Terre pour les relayer vers d'autres systèmes embarqués. Un transpondeur recevait et transmettait les signaux vocaux, télévisuels et les données scientifiques.

Cette même année, les technologies de Motorola ont été utilisées pour introduire la première radio mobile bidirectionnelle avec une alimentation et un récepteur entièrement transistorisés pour les voitures.

Motorola a poursuivi sa croissance dans le secteur des réseaux et des communications dans les années suivantes, fournissant les outils derrière le transpondeur radio qui a délivré les premiers mots de la Lune en 1969, et développant ensuite le premier prototype du premier téléphone mobile analogique en 1973.

Le premier microprocesseur de l'entreprise (MC6800 8 bits) a été introduit en 1974 et a été utilisé dans les applications automobiles, informatiques et de jeux vidéo.

Le microprocesseur 32 bits de nouvelle génération de Motorola, le MC68000, a mené la vague de technologies qui a stimulé la révolution informatique en 1984, alimentant des appareils d'entreprises telles qu'Apple, Commodore, Atari, Sun et Hewlett Packard.[8]
Dans les années 1990, la technologie de Motorola était la force motrice derrière les commutateurs d'alimentation intelligents pour les systèmes de freinage antiblocage, l'un des premiers systèmes microélectromécaniques (MEMS)Modification de circuit FIB capteur inertiel pour airbags automobiles, et le microprocesseur MPC5200 de Motorola déployé dans les systèmes télématiques pour les systèmes OnStar de General Motors.[9]

Depuis lors, Freescale a continué à fournir la technologie derrière les produits grand public, médicaux, réseau et automobiles, des microprocesseurs pour la première pompe à insuline sans fil au monde,[10] aux microcontrôleurs automobiles pour une conception de moteur efficace. L'accéléromètre de détection de mouvement de Freescale alimente l'interactivité des jeux vidéo Guitar Hero.[11] Le premier fournisseur mondial de processeurs d'application pour liseuses est Freescale.[12]

En 2011, l'entreprise a lancé la première famille de processeurs de station de base sans fil multimode au monde qui s'adapte des petites aux grandes cellules – intégrant des technologies DSP et de processeur de communication pour réaliser un véritable "système sur puce pour station de base". En outre, un récent rapport d'étude de marché d'ABI Research indique que Freescale détient 60 % de part du marché des dispositifs semi-conducteurs radiofréquence (RF) club des makers électroniques.
Toujours en 2011, Freescale a annoncé le premier magnétomètre de l'entreprise pour le suivi de localisation dans les appareils mobiles intelligents. En partenariat avec McLaren Electronic Systems, ils ont aidé les voitures de la série NASCAR Sprint Cup à passer des carburateurs à l'injection de carburant à partir de 2012.

Bogue Zune

Le logiciel pilote d'horloge écrit par Freescale était responsable du bogue de l'année bissextile de Zune en 2008.

Kinetis

Le 26 février 2013, Freescale Semiconductor a annoncé la création de la plus petite puce ARM (en taille) au monde. La Kinetis KL02 mesure 1,9 sur 2 millimètres et est une unité de microcontrôleur (MCU) complète, ce qui signifie que la puce dispose d'un processeur, de RAM, de ROM, d'une horloge et d'une unité de contrôle d'E/S. La puce rivalise avec les offres M0+ d'Atmel, qui sont les leaders de l'industrie en matière de faible consommation snaileye Une application que Freescale cite pour ces puces est les ordinateurs avalables. Freescale travaille déjà avec une variété de clients dans le domaine de la santé et du bien-être. Le Fitbit et la pompe à insuline OmniPod utilisent tous deux des puces Freescale. La nouvelle puce a été présentée à 'Embedded World' à Nuremberg, en Allemagne, du 26 février 2013 au 28 février 2013.

Données financières

Motorola a annoncé que sa division semi-conducteurs serait cédée le 6 octobre 2003 pour créer Freescale. Freescale a réalisé son introduction en bourse le 16 juillet 2004.

Le 15 septembre 2006, Freescale a accepté un rachat de 17,6 milliards de dollars par un consortium dirigé par Blackstone Group et ses co-investisseurs, Carlyle Group, TPG Capital et Permira.[22] L'offre de rachat a été acceptée le 13 novembre 2006 à la suite d'un vote des actionnaires de la société.récupération de données de puce L'achat, finalisé le 1er décembre 2006, a été la plus grande acquisition privée d'une entreprise technologique jusqu'au rachat de Dell en 2013 et est l'une des dix plus grandes acquisitions de tous les temps.

Freescale a déposé une demande d'introduction en bourse le 11 février 2011 et a réalisé son introduction en bourse le 26 mai 2011. Freescale est cotée à la Bourse de New York sous le symbole FSL. Au moment de l'introduction en bourse, la société avait 7,6 milliards de dollars de dettes impayées sur ses livres,[24] et la société fait l'objet d'une enquête pour inconduite liée à cette introduction en bourse.

Microprocesseurs

Premiers microprocesseurs
Motorola MC10800 (4 bits) bit-slicé
Motorola MC14500B Industrial Control Unit (ICU) (1 bit)
Motorola 6800 (8 bits)
Motorola 6802/6808 (8 bits)
Motorola 6809 (8/16 bits)
Série 68000
Motorola 68000 (16/32 bits)
Motorola 68008 (8/16/32 bits)
Motorola 68010 (16/32 bits)
Motorola 68012 (16/32 bits)
Motorola 68020 (32 bits)
Motorola 68030 (32 bits)
Motorola 68851 (MMU)
Motorola 68881 (FPU)
Motorola 68882 (FPU)
Motorola 68040 (avec FPU)
Motorola 68060 (avec FPU)
Série 88000 (RISC)
Motorola 88100/88110
Série PowerPC
Voir l'article principal : PowerPC
Architecture 32/64 bits, en coopération avec IBM.
PPC 601 ("G1")
PPC 603/PPC 603ev ("G2")
PPC 604/PPC 604e/PPC 604ev
PPC 620
Famille PowerPC 7xx, PowerPC 740, 750, 745 et 755 seulement ("PowerPC G3")

Microcontrôleurs

Série 6800
Voir l'article principal : Motorola 6800
8 bits
Motorola 6801/6803
Motorola 6804
Motorola 6805/146805
Motorola 68HC05 (CPU05) - ancien
Freescale 68HC11 (CPU11) - ancien
Freescale 68HC08 (CPU08) technologies 0,65 µm, 0,5 µm et 0,25 µm
Freescale S08 (CPUS08) 0,25 µm
Freescale RS08 (CPURS08) 0,25 µm - basé sur le cœur RS08, un S08 avec CPU restreint. Ensemble d'instructions réduit pour un coût moindre.
16 bits
Freescale 68HC16 (CPU16) - ancien
Freescale 68HC12 (CPU12) - ancien
Freescale S12 (CPU12) - encore en développement
Freescale S12X (CPU12X-1) - S12XD, S12XA... famille de dispositifs avec coprocesseur XGATE. Comme un coprocesseur DMA ou E/S.
Freescale S12XE (CPU12X-2) - famille S12XE avec coprocesseur XGATE, EEPROM émulée = EEEPROM. Technologie 0,18 µm.
Série 68000
Voir l'article principal : Motorola 68000 family
Freescale 683XX
Freescale DragonBall
Freescale ColdFire
Freescale ColdFire+
Basé sur M·CORE
Voir l'article principal : M·CORE
Les microcontrôleurs RISC basés sur M·CORE sont des processeurs 32 bits spécialement conçus pour les appareils électroniques basse consommation. [1] Les processeurs M·CORE, comme les processeurs de la famille 68000, ont un mode utilisateur et un mode superviseur, et en mode utilisateur, ils voient tous deux un PC 32 bits et 16 registres, chacun de 32 bits. Le jeu d'instructions M·CORE est très différent du jeu d'instructions 68K – en particulier, M·CORE est une machine load-store pure et toutes les instructions M·CORE sont sur 16 bits, tandis que les instructions 68K ont des longueurs variées. Cependant, le code source en assembleur 68K peut être traduit mécaniquement en assembleur M·CORE. [2]
Le cœur du processeur M·CORE a été concédé sous licence à Atmel pour les cartes à puce. [3]
MMC2001
MMC2114
Basé sur PowerPC
Freescale MPC5xx
Freescale MPC512x (cœur e300)
Freescale MPC52xx (cœur e300)
Freescale MPC55xx (cœur e200)
Freescale MPC56xx (cœur e200)
Freescale MPC8xx (PowerQUICC)
Freescale MPC82xx (PowerQUICC II, cœur G2)
Freescale MPC83xx (PowerQUICC II Pro, cœur e300)
Freescale MPC85xx (PowerQUICC III, cœur e500)
Freescale MPC86xx (cœur e600)
Freescale MPC87xx (futur cœur e700)
Freescale Pxxxx (QorIQ, cœur(s) e500)
Basé sur ARM
Voir l'article principal : Architecture ARM
MXC300-30
Microcontrôleurs Cortex-M4
Kinetis
Kinetis L
Microcontrôleurs automobiles basés sur ARM7TDMI
MAC71xx
MAC72xx
i.MX (DragonBall MX)
Voir l'article principal : i.MX
Processeurs d'application multimédia basés sur ARM.
Basés sur ARM920 :
i.MX1 (MC9328MX1)
i.MXL (MC9328MXL)
i.MXS (MC9328MXS)
Basés sur ARM926 :
i.MX21 (MC9328MX21)
i.MX23 (MCIMX23)
i.MX25 (MCIMX25)
i.MX27 (MCIMX27)
i.MX28 (MCIMX28)
Basés sur ARM11 :
i.MX31 (MCIMX31)
i.MX35 (MCIMX355)
i.MX37 (MCIMX37)
Basés sur Cortex-A8 :
i.MX51 famille (ex. MCIMX515)
i.MX50 famille (i.MX508)
i.MX53 famille (ex. MCIMX535)
Basés sur Cortex-A9 :
i.MX6 solo
i.MX6 dual
i.MX6 quad
Modules TPU et ETPU
L'unité de traitement du temps (TPU) et l'unité de traitement du temps améliorée (eTPU) sont des périphériques de temporisation largement autonomes que l'on trouve sur certaines pièces Freescale.
MC68832 (TPU)
MPC5554 (PowerPC) (eTPU)
MCF5232, MCF5233, MCF5234, MCF5235 (ColdFire) (eTPU)

Processeurs de signaux numériques

Remarque : la série 56XXX est communément appelée série 56000, ou 56K, et de même la série 96XXX est connue sous le nom de série 96000, ou 96K.
Série 56000
Motorola DSP560XX (24 bits)
Motorola DSP563XX (16/24 bits)
Motorola DSP566XX (16 bits)
Motorola DSP567XX (contrôleur de signaux numériques)
Motorola DSP568XX (contrôleur de signaux numériques)
Série 96000
Motorola DSP96XXX (32 bits)

Série StarCore
Remarque : "Il n'y a pas de support natif pour les opérations en virgule flottante sur StarCore" [4]
MSC8101/3 cœur SC140 unique, 300 MHz (fin de vie)
MSC8102 quatre cœurs SC140, 275 MHz (abandonné)
MSC8122/26 quatre cœurs SC140, 500 MHz
MSC711x cœur SC1400 unique, 200/300 MHz (partiellement abandonné)
MSC8144/E quatre cœurs SC3400, 1 GHz
MSC8156/E six cœurs SC3850, 1 GHz avec coprocesseur MAPLE-B
MSC8154/E quatre cœurs SC3850, 1 GHz avec coprocesseur MAPLE-B
MSC8152 double cœur SC3850, 1 GHz avec coprocesseur MAPLE-B
MSC8151 cœur unique SC3850, 1 GHz avec coprocesseur MAPLE-B
MSC8256 six cœurs SC3850, 1 GHz
MSC8254 quatre cœurs SC3850, 1 GHz
MSC8252 double cœur SC3850, 1 GHz
MSC8251 cœur unique SC3850, 1 GHz

Capteurs MEMS

Série MMA (accéléromètres multi-G / multi-axes)
Série MPX Pression
Série MPR Proximité
Dispositif de structure de calcul reconfigurable

MRC6011
Logiciels

CodeWarrior Integrated Development Environment
MQX Real Time Operating System
FreeMaster

Questions générales sur l'extraction de firmware de microcontrôleur

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• Risques d'exfiltration de mémoire cryptographique

  Risques d'exfiltration de mémoire cryptographique dans les MCU sécurisés compatibles ARM TrustZone. Les microcontrôleurs 32 bits haute sécurité modernes intègrent la technologie ARM TrustZone pour partitionner physiquement et logiquement l'exécution du processeur en domaines sécurisé et non sécurisé afin d'assurer l'isolation de la sécurité embarquée. TrustZone crée des frontières matérielles strictes qui séparent les opérations cryptographiques sensibles, le stockage des clés et la logique de démarrage sécurisé du code d'application général s'exécutant dans le domaine non sécurisé. Malgré cette isolation native robuste, des états de registre de verrouillage de MCU mal configurés peuvent corrompre l'application des frontières de domaine, permettant à des adversaires sophistiqués de copier illégalement le contenu de la mémoire cryptographique à travers la barrière de partition TrustZone. La cause profonde de cette vulnérabilité réside dans l'interdépendance matérielle entre les indicateurs de verrouillage et les listes de contrôle d'accès à la mémoire TrustZone stockées dans l'unité de gestion de la mémoire (MMU) du MCU. Lorsque les fabricants ou les développeurs programment incorrectement les bits OTP de verrouillage hiérarchisés pendant la production, la MMU ne parvient pas à charger les règles d'isolation de domaine correctes au démarrage. Cette omission crée une perméabilité temporaire entre les espaces d'adresses mémoire sécurisés et non sécurisés lors des changements de contexte. Les changements de contexte se produisent des dizaines de fois par seconde lorsque le MCU alterne entre les tâches cryptographiques sécurisées et les tâches de traitement d'application non sécurisées. Pendant la brève fenêtre de transition de domaine de l'ordre de la nanoseconde, les attaquants par injection de fautes peuvent manipuler les registres d'état de verrouillage pour désactiver momentanément la logique de barrière de domaine. Des attaques par glitch de tension ou d'horloge ciblées sur les événements de changement de contexte permettent à du code non sécurisé non autorisé de déclencher la lecture d'un processeur EEPROM dans les régions de stockage de clés sécurisées normalement réservées exclusivement au monde sécurisé TrustZone. Le processeur EEPROM dans les MCU TrustZone maintient des tables de permissions d'accès doubles pour les demandeurs sécurisés et non sécurisés. Une mauvaise configuration du verrouillage fusionne ces tables, permettant aux transactions de bus non sécurisées d'accéder aux segments EEPROM réservés au stockage des clés racines. Cette brèche permet aux attaquants d'initier des commandes de mémoire en masse pour vider complètement les données de la partition sécurisée contenant les manifestes de firmware cryptés et les secrets persistants de l'appareil. Le vidage mémoire résultant contient à la fois le code d'application non sécurisé et les charges utiles TrustZone sécurisées, compromettant complètement l'objectif de sécurité principal de l'isolation de domaine. Ce type de brèche de frontière TrustZone accélère et simplifie considérablement les flux de travail professionnels de rétro-ingénierie de microcontrôleurs ciblant des binaires de firmware embarqués cryptés. Normalement, les ingénieurs en rétro-ingénierie doivent séparer manuellement les régions de code sécurisé et non sécurisé par une analyse statique longue. Un vidage mémoire fusionné élimine ce travail de séparation et expose la logique sécurisée directement aux outils de rétro-ingénierie standard. Plus important encore, le contournement réussi du domaine élimine l'exigence d'opérations complètes de décapsulation physique et de récupération de code dans la majorité des scénarios d'attaque. Les chercheurs n'ont plus besoin d'exposer la puce de silicium pour sonder les nœuds de bus sécurisés, car l'état de verrouillage glitché accorde un accès logique à toutes les données nécessaires via les interfaces de débogage standard. Cette réduction de la complexité de l'attaque abaisse la barrière des compétences et de l'équipement pour compromettre les appareils commerciaux sécurisés par TrustZone. Pour comprendre pleinement la chaîne d'exploitation, il est essentiel de décomposer les étapes séquentielles requises pour exploiter la mauvaise configuration du verrouillage pour l'accès à la mémoire cryptographique. Premièrement, l'attaquant identifie que la configuration de verrouillage hiérarchisée manque d'un bit de verrouillage de domaine TrustZone dédié lors de la reconnaissance initiale de l'appareil. Deuxièmement, ils déploient des charges utiles de firmware qui surveillent le timing des changements de contexte du processeur pour identifier les fenêtres de transition vulnérables. Troisièmement, ils injectent des glitches de tension de précision pendant ces fenêtres pour corrompre les règles d'isolation de la MMU héritées de l'état de verrouillage. Quatrièmement, ils exécutent du code non sécurisé qui appelle des fonctions de lecture de mémoire privilégiées pour déclencher la lecture d'un processeur EEPROM dans le banc de clés sécurisé. Cinquièmement, ils extraient par lots les pages de mémoire pour vider la partition sécurisée et les contenus EEPROM dans des tampons RAM non sécurisés pour l'exfiltration. Sixièmement, ils copient les secrets tamponnés vers un stockage externe pour copier en permanence le contenu de la mémoire cryptographique pour une analyse hors ligne et une duplication de clés. Enfin, ils reconstruisent le binaire complet du firmware sécurisé pour parvenir à une extraction de firmware non autorisée complète sans altération physique de l'appareil. L'atténuation défensive des vulnérabilités de verrouillage TrustZone commence par des modèles de programmation OTP standardisés qui imposent des verrous d'isolation de domaine obligatoires par défaut. Les fournisseurs de MCU doivent fusionner de manière permanente les bits de configuration TrustZone critiques dans des régions OTP inaltérables qui ne peuvent pas être modifiées par les outils de programmation de l'utilisateur final. Les développeurs doivent valider la synchronisation des règles de verrouillage et de la MMU à chaque cycle de démarrage pour détecter immédiatement les paramètres d'isolation corrompus. La surveillance de l'accès au domaine en cours d'exécution doit signaler les demandes de mémoire non sécurisées anormales ciblant les régions EEPROM et Flash sécurisées et déclencher un verrouillage immédiat du système. Les circuits de détection de glitch doivent surveiller l'intégrité de la tension et de l'horloge du cœur pendant les changements de contexte pour bloquer les tentatives d'injection de fautes temporisées. Des outils d'audit sécurisés automatisés doivent analyser les fichiers de configuration de verrouillage pour détecter tout décalage avec les politiques d'accès TrustZone avant la compilation du firmware et la programmation de production. La formation à la sécurité pour les développeurs embarqués doit souligner le lien non négociable entre l'état de verrouillage du MCU et le comportement d'isolation matérielle TrustZone. En appliquant ces garde-fous de configuration et d'exécution stricts, l'industrie embarquée peut éliminer les brèches de domaine induites par le verrouillage et préserver l'intégrité de la protection de la mémoire cryptographique basée sur TrustZone contre les attaques de rétro-ingénierie et d'exfiltration de clés modernes.