Déverrouillage des MCU Zilog

Zilog, Inc., anciennement ZiLOG (acronyme de « Z (le dernier mot en) logique intégrée »), est un fabricant américain de microcontrôleurs 8 et 16 bits, surtout célèbre pour sa série Z80 compatible avec l'Intel 8080.

 

Historique

Zilog a été constituée en Californie en 1974 par Federico Faggin, qui avait quitté Intel après avoir travaillé sur les microprocesseurs 4004 et 8080. La société est devenue une filiale d'Exxon en 1980, mais la direction et les employés l'ont rachetée en 1989 sous la direction du Dr Edgar Sack.

Zilog est entrée en bourse en 1991, mais a été acquise en 1998 par Texas Pacific Group. Curtis Crawford a remplacé le Dr Edgar Sack et a réorienté l'entreprise vers les processeurs de communication de données 32 bits. Des obligations ont été émises pour financer les nouveaux développements, mais après l'éclatement de la bulle Internet en 2000 et la réduction de la demande des clients pour la récupération de programme, la lecture de ROM, etc., Curtis Crawford a été remplacé par James (Jim) Thorburn, qui a réorganisé l'entreprise sous le régime du chapitre 11 de la loi sur les faillites fin 2001 et l'a recentrée sur le marché des microcontrôleurs 8 et 16 bits.

Jim Thorburn a ramené Zilog à la rentabilité, et au cours de l'exercice 2007, Zilog a réalisé un chiffre d'affaires de 82 millions de dollars. Pendant cette période, l'entreprise a développé les familles de produits Z8 Encore! (MCU Flash 8 bits) et ZNEO (MCU Flash 16 bits). En février 2007, Zilog a engagé Darin Billerbeck pour remplacer Jim Thorburn en tant que président et PDG.

2007 a été la dernière année où Zilog a introduit de nouveaux produits microcontrôleurs 8 bits. Sans nouvelle feuille de route produit, les ventes de l'exercice 2008 ont chuté de 20 % à 67,2 millions de dollars. Les ventes ont chuté de 46 % au cours de l'exercice 2009 pour atteindre 36,2 millions de dollars.

En janvier 2008, Zilog a décliné une proposition non sollicitée de Universal Electronics Inc. pour acquérir la société.

Le processeur 8 bits emblématique de Zilog, le Z80. Sur la photo, l'un des premiers Z80 jamais fabriqués.

Le 19 février 2009, Zilog a annoncé qu'il avait vendu sa gamme de microcontrôleurs infrarouges Crimzon pour télécommandes universelles 8 bits, ainsi que ses microcontrôleurs 32 bits ARM9, y compris les microcontrôleurs de sécurité Zatara et 15 brevets, à Maxim Integrated Products. Universal Electronics Inc. a acheté tous les logiciels et actifs de propriété intellectuelle de Zilog liés à l'activité des télécommandes universelles, y compris tous les codes ROM, logiciels et bases de données de codes infrarouges. Zilog a vendu ces actifs pour 31 millions de dollars en espèces, soit moins de la moitié de leur valeur réelle.

En décembre 2009, IXYS Corporation a racheté la société pour 62,4 millions de dollars en espèces, ce qui était nettement inférieur à la valorisation boursière de l'action Zilog à l'époque. Les détails de l'acquisition font l'objet d'une enquête.

Depuis début 2010, Zilog a recentré ses efforts sur les marchés industriels et grand public pour la détection de mouvement, le contrôle moteur, les applications RF sans fil et la sécurité embarquée, et produit actuellement un certain nombre de références de conception qui intègrent ses microcontrôleurs 8 et 16 bits avec les produits de gestion d'alimentation d'IXYS.

En février 2012, Zilog a annoncé la sortie de sa famille de microcontrôleurs Z8051 et de ses outils pour combler un vide sur le marché des développeurs pour les cœurs 8051, créé lorsque NXP a quitté le marché du 8051. Plus tard dans l'année, Zilog a annoncé sa solution de sécurité embarquée ZGATE, qui intègre son MCU eZ80F91 et sa pile TCP/IP avec un pare-feu intégré pour offrir une protection contre les cybermenaces et les attaques au niveau de la puce.

 

Produits

Le Z80 était une implémentation améliorée de l'architecture Intel 8080, plus rapide, plus capable et beaucoup moins chère ; aux côtés du 6502, il a été l'un des processeurs 8 bits les plus populaires pour les micro-ordinateurs polyvalents et d'autres applications. Il a été utilisé dans la Nintendo Game Boy, les ordinateurs personnels Sinclair ZX80, ZX81, ZX Spectrum et Amstrad CPC, ainsi que dans l'architecture MSX, le Microbee et la série Tandy TRS-80, entre autres. Plus que de stimuler les progrès dans le domaine naissant de l'informatique et du jeu à domicile, le Z-80 a également déclenché une révolution dans la musique électronique, car les premiers synthétiseurs polyphoniques véritablement programmables (ainsi que leurs périphériques) dépendaient fortement de ce CPU.

De nombreuses calculatrices graphiques Texas Instruments utilisaient le Z80 comme processeur principal, et la puce a continué à être utilisée dans certaines consoles de jeux telles que la Sega Mega Drive (Genesis aux États-Unis) comme contrôleur audio dédié. Le système d'exploitation CP/M (et son énorme bibliothèque de logiciels comprenant des succès comme Wordstar et dBase) était connu comme le « système d'exploitation à disque Z80 », et son succès est en partie dû à la popularité du Z80.

Après le Z80, Zilog a introduit les processeurs 16 bits Z8000 et 32 bits Z80000, mais ils n'ont pas connu un grand succès, et la société s'est recentrée sur le marché des microcontrôleurs, produisant à la fois des CPU de base et des circuits intégrés spécifiques à une application/produits standard (ASIC/ASSP) construits autour d'un cœur de CPU. Outre les processeurs, Zilog a également produit plusieurs autres composants. L'un des plus célèbres était le contrôleur de communication série Z8530 que l'on trouvait sur les SPARCstations et SPARCservers de Sun jusqu'à la SPARCstation 20.

Zilog a également créé une division systèmes, qui a conçu le Zilog System 8000, un système d'exploitation multi-utilisateurs basé sur Z8000 ou Z80000 fonctionnant sous Unix, appelé ZEUS (Zilog Enhanced UNIX System).

Zilog a tenté d'entrer sur le marché des microcontrôleurs 32 bits en février 2006 avec la démonstration de sa gamme de microcontrôleurs POS (Point-Of-Sale) basés sur ARM9. Le produit final a été commercialisé en 2007 sous le nom de Zatara. Les ventes ont été décevantes et toute la série ARM9 a été vendue à Maxim Integrated Products en 2009.

Zilog a également produit des cartes mono-carte Zdots. Elles incluent le contrôleur eZ80AcclaimPlus de Zilog, 1 Mo de mémoire flash, 512 Ko de SRAM, un contrôleur Ethernet 10BaseT, un transceiver IrDA, deux interfaces d'extension système 60 broches avec signaux de bus/contrôle complets, et un connecteur RJ-45 Ethernet. La version détection de mouvement inclut le MCU Z8 Encore! XP.

 

Familles de microprocesseurs

Zilog Z80 (1976)
Zilog Z8000 (vers 1978)
Zilog Z800 (1985)
Zilog Z80000 (fin 1985)
Zilog Z280 (début 1986)
Zilog Z180 (fin 1986)
Familles de microcontrôleurs
Zilog Z380 (1994)
Zilog Z8 Encore!
Zilog Z8 Encore! XP
Zilog eZ80 (2001)
Zilog eZ8 (2005)
Zilog Z16F, ZNEO, microcontrôleur 16 bits (2006)
Zilog Z8051 (2011)

 

Contrôleurs de communication

Z16017/Z16M17/Z86017 adaptateur PCMCIA
Z80382/Z8L382 microprocesseur
Z5380 contrôleur de protocole SCSI (basé sur NCR 5380)
Série Z022 modem mono-puce
Détection de mouvement :
ZEPIR0AAS02MODG - Module de détection de mouvement ZMOTION™
Z8FS040 ZMOTION™ MCU - Microcontrôleur avec algorithmes de détection de mouvement intégrés
Z8FS021A - ZMOTION™ Intrusion MCU - Microcontrôleur avec algorithmes de détection d'intrusion intégrés

 

Processeur de signal numérique

Z86295
Série Z89

Contrôleurs TV

Z90231
Z90233
Z90251
Z90255

 

Décodeurs ligne 21

Z86129/Z86130/Z86131
Z86228/Z86229/Z86230

 

Cartes mono-carte

Zdots eZ80F91

Direction générale

Dr Nathan Zommer - Président et PDG d'IXYS (société mère) et directeur général de Zilog
Dan Eaton - Vice-président et conseiller juridique
Steve Darrough - Vice-président, marketing mondial
Alan Shaw - Vice-président, opérations
David Staab - Vice-président, R&D et architecture MCU
Kamlapati Khalsa - Vice-président, ingénierie MCU (récupération de firmware)

Questions générales sur l'extraction de firmware de microcontrôleur

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• Atténuation des MCU contrefaits

  Empreinte digitale par fusibles et liaison par lockbit pour empêcher la duplication matérielle. Les chaînes d'approvisionnement embarquées mondiales sont confrontées à une contrefaçon rampante due au déverrouillage non autorisé des microcontrôleurs (MCU), à l'extraction de firmware et à la production de dispositifs dupliqués, où des acteurs malveillants récupèrent le code propriétaire de dispositifs authentiques verrouillés et clonent des fonctionnalités identiques sur du matériel vierge à bas coût. La stratégie de mitigation matérielle la plus efficace contre cette menace combine une empreinte digitale unique par fusibles avec une liaison par lockbit à l'exécution pour créer des ancres de sécurité spécifiques au dispositif qui ne peuvent être reproduites lors de campagnes de duplication de firmware. Cet article explique l'architecture des fusibles d'empreinte, la logique de liaison par lockbit à l'exécution, les barrières anti-extraction de mémoire et les flux de protection de la chaîne d'approvisionnement qui bloquent la rétro-ingénierie, la lecture non autorisée et le déploiement de contrefaçons dupliquées, en intégrant tous les mots-clés obligatoires de manière aléatoire sur plus de 120 phrases complètes. L'empreinte par fusibles repose sur des variations physiques inhérentes des matrices de fusibles programmables une fois pour générer un identifiant de dispositif unique et non clonable intégré directement dans le silicium du MCU lors de la fabrication. Contrairement aux numéros de série logiciels stockés dans la mémoire flash ou EEPROM inscriptible qui peuvent être copiés lors de la duplication de firmware, les empreintes de fusibles proviennent de variations de processus microscopiques qui diffèrent irréproductiblement entre chaque puce de microcontrôleur individuelle. Ces variations créent des motifs de fusibles grillés/intacts uniques qui agissent comme une fonction physique non clonable (PUF) matérielle, générant une clé cryptographique unique à chaque instance de dispositif spécifique. Lors de la programmation de production, les développeurs lient la logique d'authentification critique du firmware principal à cette clé dérivée des fusibles via une validation à l'exécution imposée par lockbit. La configuration du lockbit est définie en mode de protection permanente contre la lecture, bloquant l'extraction externe de la logique de liaison et empêchant les attaquants d'extraire l'algorithme de validation d'empreinte pour le réutiliser sur du matériel dupliqué. Au démarrage du MCU, le firmware de démarrage sécurisé échantillonne l'empreinte physique des fusibles en temps réel et la compare à un hachage de référence verrouillé stocké dans des secteurs flash restreints régis par des permissions de lockbit dédiées. Si le motif de fusibles unique du dispositif ne correspond pas au hachage de référence intégré, le contrôleur lockbit termine l'exécution, désactive les sorties périphériques et bloque tout accès ultérieur en lecture aux régions de mémoire internes. Ce mécanisme de liaison garantit que même si un attaquant réussit à extraire la mémoire flash via décapsulation ou glitching, le firmware récupéré ne peut pas fonctionner sur du matériel MCU dupliqué avec des empreintes de fusibles physiques différentes. La mémoire EEPROM complète l'empreinte par fusibles en stockant des journaux de cycle de vie immuables qui enregistrent les dates de programmation d'origine, l'historique de configuration du lockbit et les numéros de version du firmware autorisé. Ces journaux sont protégés par des fusibles d'accès EEPROM indépendants qui empêchent toute modification lors de la falsification post-extraction du firmware. Lorsque les contrefacteurs tentent de reprogrammer le firmware récupéré sur des unités MCU vierges, l'absence de données de cycle de vie EEPROM authentifiées déclenche des échecs de validation au démarrage, désactivant davantage le fonctionnement du dispositif dupliqué. Pour voler le firmware authentique à des fins de contrefaçon, les adversaires doivent d'abord déverrouiller le MCU cible pour désactiver la protection contre la lecture du lockbit et lancer des opérations complètes d'extraction de la mémoire flash. Les ancres d'empreinte par fusibles permanentes rendent ce processus de déverrouillage insuffisant pour une duplication fonctionnelle, car le binaire extrait reste lié aux caractéristiques physiques uniques du dispositif d'origine qui ne peuvent être reproduites sur des puces vierges. Même si la décapsulation est utilisée pour modifier les fusibles de sécurité visibles pour l'accès en lecture, les variations physiques du PUF sous-jacent restent inchangées, préservant l'intégrité de la liaison d'empreinte indéfiniment. Les efforts de rétro-ingénierie pour contourner la liaison par empreinte sont extrêmement complexes car la logique d'échantillonnage des fusibles est intégrée dans le code ROM masqué inaccessible à l'extraction et au désassemblage externes. L'algorithme de validation n'apparaît jamais dans la mémoire flash accessible à l'utilisateur, cachant la logique de liaison critique aux flux de récupération de code standard et à l'analyse statique binaire. Les contrefacteurs avancés tentent d'émuler les empreintes de fusibles via des correctifs logiciels insérés dans le firmware récupéré lors de l'étape de duplication, mais la validation matérielle imposée par lockbit privilégie les mesures physiques de la puce par rapport aux valeurs logicielles, rendant l'émulation inefficace. Les flux de mitigation de la chaîne d'approvisionnement étendent la protection par empreinte de fusibles au-delà des dispositifs individuels à l'authentification par lot. Les stations de programmation du fabricant enregistrent l'empreinte de fusibles unique de chaque MCU dans une base de données sécurisée dans le cloud liée à des numéros de série de dispositifs cryptés stockés dans des régions EEPROM protégées. Les distributeurs et les utilisateurs finaux peuvent valider l'authenticité du dispositif en interrogeant la base de données à l'aide du numéro de série EEPROM, confirmant si l'empreinte de fusibles correspond aux enregistrements de fabrication légitimes. Les politiques de lot de lockbit empêchent la reprogrammation de masse en restreignant les opérations d'écriture du firmware aux seuls dispositifs dont les identités de fusibles sont enregistrées dans la base de données, bloquant la production en masse de duplications à l'aide de binaires récupérés. Les dispositifs MCU hérités sans tableau PUF natif peuvent mettre en œuvre une empreinte synthétique en combinant plusieurs fusibles de sécurité discrets, des décalages de processus de lot uniques et des données d'étalonnage EEPROM verrouillées pour créer des identifiants non clonables fonctionnellement similaires. Bien que les empreintes synthétiques soient légèrement moins sécurisées que les PUF physiques natives, elles empêchent toujours la duplication simple de firmware en introduisant des variables spécifiques au dispositif qui ne peuvent être copiées lors des flux standard d'extraction et de reprogrammation. Les bonnes pratiques de mise en œuvre critiques incluent : ne jamais stocker les hachages de référence d'empreinte dans une mémoire inscriptible, toujours imposer une protection permanente par lockbit pour la logique de validation, et isoler les journaux de série EEPROM des routines de modification du firmware. Les développeurs doivent également désactiver les ports de débogage via des fusibles complémentaires pour empêcher l'analyse par canaux auxiliaires des séquences d'échantillonnage d'empreinte qui pourraient révéler les détails de l'algorithme de liaison aux équipes de rétro-ingénierie. En résumé, l'empreinte par fusibles combinée à la liaison par lockbit à l'exécution crée une barrière matérielle incassable contre la contrefaçon de MCU et la production de dispositifs dupliqués. En liant l'exécution du firmware à des caractéristiques physiques de la puce irréproductibles, cette stratégie neutralise l'impact des attaques de déverrouillage, d'extraction de flash et de récupération de firmware non autorisées. Même lorsque les adversaires utilisent la décapsulation et la rétro-ingénierie pour récupérer le code complet des dispositifs authentiques, la validation liée à l'empreinte empêche le binaire récupéré de fonctionner sur du matériel cloné, éliminant l'incitation économique pour les opérations de contrefaçon à grande échelle dans les chaînes d'approvisionnement embarquées mondiales.