Moderne Mikrocontroller: Hacking und Schutzmethoden

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Über MikaTech

Die Zeit vergeht wie im Flug: Von dem Tag im Jahr 1998, an dem wir unser erstes Reverse-Engineering-Projekt für einen MCU 8051 durchführten, bis zur Errichtung unseres millionsten Reverse-Engineering-Labors im Jahr 2012 vergingen 14 Jahre. Nun beginnen wir ein neues Geschäftsfeld — die Entwicklung eingebetteter Visualisierungssysteme — und hoffen, weitere 10 Jahre bestehen zu können.

Peter Li Mitgründer und CEO

Moderne Mikrocontroller: Hacking und Schutzmethoden

Moderne Mikrocontroller werden in Bezug auf Verarbeitungsgeschwindigkeit, Peripherie-Integration und Energieeffizienz immer leistungsfähiger. Sie verfügen heute über mehr Speicher, Kommunikationsschnittstellen und Rechenlogik als die Generationen von vor einem Jahrzehnt. Trotz der rasanten funktionalen Entwicklung wird der Hardwaresicherheit vor unbefugtem Zugriff auf Programme und Daten nur unzureichend Beachtung geschenkt. Die meisten Hersteller priorisieren Leistung und Kostensenkung gegenüber der Implementierung robuster integrierter Sicherheitsmechanismen in Massenprodukten. Infolgedessen können viele eingebettete Systeme auf Basis dieser Mikrocontroller sowohl von Hobby-Hackern als auch von professionellen Sicherheitsexperten kompromittiert werden. Einige kommerzielle und industrielle MCU-basierte Geräte wurden bereits gehackt und in Sicherheitsberichten öffentlich dokumentiert. Sobald die interne Firmware bekannt ist, ist das geistige Eigentum des Produkts einem irreversiblen Verlust ausgesetzt. Aus diesem Grund sind immer mehr Embedded-Entwickler daran interessiert, ein höheres Schutzniveau für ihre Programme und Daten vor jedem unbefugten Zugriff zu erreichen. Sie streben danach, das Lesen, Kopieren, Modifizieren und Reverse-Engineering ihres proprietären Codes zu verhindern. In dieser Hinsicht sollten alle Mikrocontroller, die für wertvolle Anwendungen vorgesehen sind, sorgfältig ausgewählt und vor der offiziellen Auslieferung umfassend getestet werden. Sicherheitsingenieure müssen die Sperrmechanismen, die Speicherschutzgrenzen und die Zuverlässigkeit der Authentifizierung während der Vorproduktionsbewertung prüfen. Dieser Artikel untersucht die gängigen Schutzschemen, die in vielen Massen-Mikrocontrollern implementiert sind. Es werden kritische Schwachstellen aufgezeigt, die in verschiedenen Implementierungen der Hardwaresicherheit verschiedener Chip-Hersteller gefunden wurden. Es wird analysiert, warum veraltete Schutzmethoden gegen moderne, kostengünstige Angriffswerkzeuge unwirksam sind. Abschließend werden praktische Ideen für mögliche Schutztechnologien vorgeschlagen, um bestehende Sicherheitslücken effektiv zu schließen.

Mikrocontroller werden in modernen Geräten und intelligenten elektronischen Vorrichtungen in allen Industrie- und Verbraucherbereichen häufig eingesetzt. Sie sind überall um uns herum — von Haushaltswaschmaschinen und Smart-TVs bis hin zu tragbaren Mobiltelefonen und Desktop-Computern. Jede Kategorie elektronischer Produkte ist auf MCUs angewiesen, um die Logik zu steuern und mit Daten zu interagieren. Einige Mikrocontroller werden von Hobby-Elektronikern für den Bau kleiner experimenteller Geräte ausschließlich zu Lern- und Unterhaltungszwecken verwendet. Solche Hobbyprojekte umfassen in der Regel einfache Sensoren, LED-Anzeigen und Motorsteuermodule. Andere werden von kleinen Unternehmen in industriellen Steuerungen, Präzisionsmessgeräten und automatisierten Prüfgeräten eingesetzt. Diese kommerziellen MCUs erfordern einen grundlegenden Kopierschutz, um unternehmenseigene Algorithmen zu schützen. Eine große Anzahl hochwertiger Mikrocontroller findet Anwendung in sicherheitskritischen Anwendungen von Geheimdiensten, globalen Bankinstituten und professionellen medizinischen Diensten. Diese Hochrisikoszenarien erfordern ein Höchstmaß an Datenisolation auf dem Chip und Schutz vor Manipulation. Jeder Mikrocontroller führt einen bestimmten Algorithmus oder ein Benutzerprogramm aus, das dauerhaft in seinen internen nichtflüchtigen Speicher geladen ist. Der Ausführungsablauf wird streng durch die im Programmspeicher gespeicherten Maschinenbefehle bestimmt. Eingebettete Programme werden aufgrund ihrer hohen Effizienz und geringen Speicherüberlastung normalerweise in Assembler oder C geschrieben. Hochsprachen wie Basic oder Java werden in der traditionellen MCU-Firmware-Entwicklung selten verwendet. Sie kommen nur auf einer kleinen Anzahl hochleistungsfähiger Embedded-Plattformen mit zusätzlichen Speicherressourcen vor. Normalerweise wird das Programm nach Kompilierung und Bindung als binärer Maschinencode im Chip gespeichert. Daher muss der gesamte Quellcode vor dem Laden und Programmieren in den Chipspeicher vollständig kompiliert werden. Auf dem Markt gibt es zahlreiche professionelle Entwicklungspakete, die auf jede Mikrocontroller-Familie zugeschnitten sind. Diese Tools umfassen integrierte Entwicklungsumgebungen, Compiler, Debugger und Programmierhilfsprogramme. Vollständige Hardware-Entwicklungskits werden sowohl von den Original-Chip-Herstellern als auch von qualifizierten Drittanbietern angeboten. Diese Kits helfen Ingenieuren, die Prototypenprüfung und die Entwicklung für die Massenproduktion zu beschleunigen.

Dieser Artikel folgt einer klaren logischen Struktur, um die MCU-Sicherheitsprobleme eingehend zu diskutieren. Ich beginne mit einer kurzen Einführung in die Klassifizierung und die Funktionsprinzipien gängiger Angriffstechnologien im Bereich der Embedded-Sicherheit. Außerdem wird ein umfassender Überblick über die auf dem heutigen Weltmarkt verfügbaren Mikrocontroller gegeben. Dieser Überblick bewertet die Geräte im Hinblick auf die zugrundeliegende Halbleiter-Fertigungstechnologie und die natives Hardware-Eigenschaften der Mikrocontroller. Nach der Darstellung der Grundlagen werde ich systematisch die verschiedenen Klassen von Hardware- und Softwareangriffen auf MCUs erläutern. Ich werde auch darlegen, wie einfach jeder Angriffstyp praktisch auf verschiedene Chip-Architekturen und Herstellerplattformen angewendet werden kann. Im nächsten zentralen Teil des Artikels werde ich zahlreiche reale Beispiele kommerzieller Mikrocontroller-Chips vorstellen. Jedes Beispiel wird detaillierte Erklärungen zur Struktur ihrer nativen Hardware-Schutzimplementierung enthalten. Ich werde auch die offensichtlichen Vorteile und die inhärenten Schwächen jedes integrierten Schutzschemas objektiv zusammenfassen. Das letzte Kapitel wird mögliche und kostengünstige Möglichkeiten zur Erhöhung des Schutzniveaus für bereits im Einsatz befindliche Mikrocontroller beschreiben. Es werden auch gezielte professionelle Empfehlungen für zukünftige Hardware-Designs aus rein forschungsorientierter Sicherheitsperspektive gegeben. Das übergeordnete Ziel ist es, der nächsten Generation eingebetteter Geräte zu einer höheren Widerstandsfähigkeit gegen invasive Angriffe zu verhelfen.

Häufige Fragen zur Extraktion von Mikrocontroller-Firmware

Ist es sicher, eine Zahlung an MikaTech zu senden?

Wenn MikaTech ein unseriöses Unternehmen wäre, gäbe es im Internet nach 28 Jahren Geschichte zahlreiche negative Bewertungen über seine Dienstleistungen
Die Antwort lautet also: JA! Wir sind gute Leute.
Warum Sie Mikatech wählen sollten, erfahren Sie hier
Kann Mikatech Chips hacken, die nicht auf dieser Website aufgeführt sind?

Verschiedene Chip-Hersteller haben unterschiedliche Teilenummern, aber der interne Chip-Kern kann mit derselben Technologie hergestellt sein. Es wäre ziemlich unmöglich, alle Teilenummern aufzulisten, auf die unsere Technologie angewendet werden kann, wie z. B. MYSON, STK, FEELING, ANALOG, FUJITSU, NOVATEK, LG/HYNDAI.

Darüber hinaus sammeln wir mit der Weiterentwicklung der Technologie täglich mehr Erfahrung und entwickeln neue Methoden des Reverse Engineering für verschiedene integrierte Schaltungen. Die vollständige Liste der Teilenummern integrierter Schaltungen, die in unseren Zuständigkeitsbereich fallen, wächst ständig. Bitte kontaktieren Sie uns für weitere Details.
Wird meine Vertraulichkeit geschützt?

Mikatech Innovative Limited versteht die Bedeutung der Vertraulichkeit seiner Kunden. Im Moment der Kontaktaufnahme mit Mikatech werden Ihre persönlichen Daten gemäß unseren über die Jahre hinweg entwickelten Verwaltungsrichtlinien geschützt. Mikatech verwendet diese Informationen, um seine Dienstleistungen auf Sie abzustimmen, und gibt sie niemals aus irgendeinem Grund an Dritte weiter.
Für jedes Projekt löschen wir alle Daten, Materialien und Codes 60 Tage nach der Übergabe der Dateien — das schützt uns und Ihre Vertraulichkeit.
Ist die Nutzung der Dienstleistungen von Mikatech legal?

Ja, es ist völlig legal.
Mikatech bietet Reverse-Engineering-Dienstleistungen ausschließlich zu Bildungszwecken an. Die Nutzung der oben genannten Dienstleistungen kann in einigen Ländern oder Regionen illegal sein — bitte prüfen Sie die lokalen Gesetze. Mikatech übernimmt keinerlei Verantwortung im Zusammenhang mit der Nutzung von Dienstleistungen, die als illegal angesehen werden könnten.
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