Piratage de MCU Silicon Labs/Cygnal

Silicon Laboratories, Inc. (NASDAQ : SLAB) est une société de semi-conducteurs sans usine (fabless) à signaux mixtes basée à Austin, Texas.

L'entreprise a été fondée en 1996 par trois vétérans de l'ancienne Crystal Semiconductor – Nav Sooch, Dave Welland et Jeff Scott.[3] Le PDG de l'entreprise est Tyson Tuttle.[4] L'entreprise est entrée en bourse en 2000.[5] Silicon Labs exploite sa propriété intellectuelle pour développer des circuits intégrés à signaux mixtes qui intègrent généralement un certain nombre de fonctions discrètes sur une seule puce CMOS. L'entreprise a tiré parti de son portefeuille technologique pour s'étendre à un certain nombre de marchés importants. L'entreprise a trois principaux domaines d'activité :

Accès - qui comprend les modems analogiques pour les décodeurs, les terminaux de point de vente et les imprimantes multifonctions, les SLIC pour les passerelles VoIP, et les dispositifs PoE pour les équipements réseau.

Broadcast - qui comprend les radios AM/FM monopuce et les tuners et démodulateurs TV en silicium.

Large public (Broad-based) - qui comprend les microcontrôleurs, les circuits intégrés de synchronisation (horloges et oscillateurs), les isolateurs numériques, les récepteurs radio à courte portée et les solutions d'interface humaine telles que les contrôleurs tactiles et les capteurs de proximité.

Silicon Labs compte environ 900 employés dans le monde et des bureaux de recherche et développement situés aux États-Unis, en Europe et en Asie. Les clients de Silicon Labs incluent Samsung, Huawei, LG et Thomson.

 

Historique

Avec l'acquisition de Cygnal Integrated Products, Silicon Labs a marqué son entrée sur le marché des microcontrôleurs et des circuits analogiques polyvalents, qui représente aujourd'hui 40 % du chiffre d'affaires de l'entreprise. Les MCU 8 bits de Silicon Labs sont basés sur une implémentation brevetée de l'architecture du jeu d'instructions 8051 qui est une implémentation « câblée » du CPU du microcontrôleur 8051, par opposition à la version micro-codée originale. Le jeu d'instructions est mappé sur un pipeline de base à trois étages pour augmenter le débit tout en maintenant une largeur de mémoire de programme de 8 bits. La différenciation de Silicon Labs sur le marché est l'intégration de périphériques analogiques pour créer un MCU à signaux mixtes conçu pour réduire le coût du système sans sacrifier les performances. L'entreprise a introduit des MCU 32 bits basés sur ARM au début de 2012. Également axée sur l'intégration de périphériques hautes performances, la famille 32 bits facilite le développement avec une suite de développement gratuite basée sur Eclipse incluant un compilateur complet, un débogueur et un utilitaire de prototypage rapide AppBuilder.

Font également partie du secteur d'activité "Broad-based" de l'entreprise les produits d'horloge et d'oscillateur personnalisables en ligne ainsi que les isolateurs numériques qui remplacent les optocoupleurs, les récepteurs et émetteurs radio courte portée pour les applications sub-GHz et un portefeuille émergent de produits de détection tactile et de proximité pour les applications grand public et industrielles.

 

Acquisitions

Décembre 2003, Silicon Labs a acquis Cygnal Integrated Products, un innovateur basé à Austin spécialisé dans les microcontrôleurs (MCU) 8 bits analogiques intensifs et hautement intégrés.
08/02/2007, NXP Semiconductors a annoncé l'acquisition de l'activité Communications cellulaires de Silicon Labs.[6]
2008, Silicon Labs annonce l'acquisition d'Integration focused ion beam for rent Associates
Avril 2010, Silicon Labs annonce l'acquisition de 'ChipSensors' basée à Limerick et de Silicon Clocks basée en Californie.
Janvier 2011, Silicon Labs acquiert SpectraLinear basée dans la Silicon Valley[7]
2012, Silicon Labs acquiert le fabricant de ZigBee Ember[8 rétro-ingénierie]
Juin 2013, Silicon Labs annonce son intention d'acquérir le spécialiste des microcontrôleurs ARM basse consommation Energy Micro.

Questions générales sur l'extraction de micrologiciel de microcontrôleur

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• Coprocesseurs cryptographiques et leur impact sur le verrouillage des MCU

  De nombreux MCU modernes incluent un coprocesseur cryptographique dédié. Ce coprocesseur accélère le chiffrement et le déchiffrement. Il assure également le stockage sécurisé des clés. Le bit de verrouillage du MCU délègue souvent la gestion des clés au coprocesseur. Le coprocesseur possède son propre mécanisme de verrouillage. Ce verrouillage empêche le CPU hôte de lire directement les clés. Le CPU hôte ne peut que demander des opérations cryptographiques. Le coprocesseur les exécute et renvoie le résultat. La lecture d'un processeur EEPROM contenant des clés est impossible car les clés ne se trouvent jamais dans l'EEPROM. Elles sont dans la SRAM protégée du coprocesseur. La sauvegarde de la mémoire flash et de l'EEPROM de la mémoire principale ne révèle pas les clés. La décapapsulation et la récupération du code du CPU principal ne permettront pas de trouver les clés. La copie du contenu de la mémoire cryptographique du coprocesseur est bloquée par son verrouillage interne. La rétro-ingénierie du microcontrôleur doit cibler le coprocesseur séparément. L'extraction du micrologiciel de la mémoire flash principale est possible, mais elle n'inclut pas les clés. Le bit de verrouillage du MCU a désormais deux composantes : le verrouillage principal et le verrouillage du coprocesseur. Le verrouillage du coprocesseur est souvent plus sécurisé. Il utilise une technologie différente. Par exemple, il peut utiliser un PUF pour la génération de clés. La clé n'est pas stockée ; elle est dérivée à la volée. Cela rend la lecture d'un processeur EEPROM sans objet. L'attaquant ne peut pas sauvegarder la mémoire flash et l'EEPROM pour obtenir la clé. La décapapsulation et la récupération du code ne peuvent pas extraire la clé car elle n'existe pas de manière permanente. La copie du contenu de la mémoire cryptographique est impossible car la mémoire est volatile et effacée lors d'une réinitialisation. Le coprocesseur met également en œuvre des contre-mesures contre les attaques par canaux auxiliaires. Il utilise le masquage et la randomisation. Cela réduit les fuites. Le bit de verrouillage du MCU est renforcé par les fonctionnalités de sécurité du coprocesseur. Cependant, le coprocesseur peut être attaqué via son interface. Si le CPU hôte est compromis, il peut envoyer des commandes malveillantes. Par exemple, il peut demander le déchiffrement de nombreux textes chiffrés. En analysant les réponses, il peut monter une attaque par texte clair choisi. Mais cela attaque l'algorithme, pas la clé. La clé reste en sécurité. Une autre attaque consiste à glitcher l'état interne du coprocesseur. Un glitch pourrait lui faire afficher la clé au lieu du résultat chiffré. Cela a été démontré. Pour empêcher cela, le coprocesseur dispose d'une détection de fautes. Il vérifie l'intégrité de ses opérations. Si une faute est détectée, il se réinitialise. La réinitialisation efface la clé. Ainsi, le verrouillage du MCU bénéficie de cette autodéfense. Le coprocesseur prend également en charge le démarrage sécurisé. Il vérifie le micrologiciel avant d'autoriser le CPU hôte à s'exécuter. Cela empêche les ransomwares comme LockBit d'injecter du code. Le verrouillage du coprocesseur est indépendant de celui de l'hôte. Même si le verrouillage de l'hôte est cassé, le verrouillage du coprocesseur reste. L'attaquant doit casser les deux. Cela double l'effort. De nombreux MCU permettent également au coprocesseur de chiffrer la mémoire flash principale. La clé de chiffrement se trouve à l'intérieur du coprocesseur. Le CPU hôte ne la voit jamais. Lorsque l'hôte lit la flash, le coprocesseur déchiffre à la volée. Les données déchiffrées ne sont disponibles qu'en interne. La lecture d'un processeur EEPROM de la flash donne un texte chiffré. La sauvegarde de la flash et de l'EEPROM via le débogueur donne un texte chiffré. La décapapsulation et la récupération du code de la flash donne un texte chiffré. La copie du contenu de la mémoire cryptographique de la flash est inutile sans la clé. La rétro-ingénierie du microcontrôleur pour le micrologiciel nécessite d'abord le déchiffrement. Mais cela nécessite la clé du coprocesseur. Le coprocesseur est conçu pour résister à l'extraction. Ainsi, le verrouillage du MCU est désormais renforcé par le matériel. Le seul espoir de l'attaquant est de trouver une faille dans l'implémentation du coprocesseur. Par exemple, un canal auxiliaire temporel sur l'opération de déchiffrement. Le coprocesseur peut fuir la clé via sa consommation électrique. Mais s'il est bien masqué, la fuite est minime. L'attaquant pourrait également essayer d'exploiter le micrologiciel du coprocesseur. Le coprocesseur exécute son propre microcode. Ce microcode peut avoir des vulnérabilités. Si l'attaquant peut mettre à jour le microcode, il peut modifier le comportement. Mais le microcode est généralement signé. Le coprocesseur vérifie la signature. Ainsi, le verrouillage du MCU s'étend au mécanisme de mise à jour du coprocesseur. En résumé, les coprocesseurs cryptographiques renforcent considérablement le verrouillage du MCU. Ils empêchent la lecture directe d'un processeur EEPROM, la sauvegarde de la flash et de l'EEPROM, la décapapsulation, la copie de contenu, la rétro-ingénierie et l'extraction de micrologiciel de donner des secrets en clair. Ils ajoutent une deuxième couche de défense physiquement et logiquement distincte.