Современные микроконтроллеры: взлом и способы защиты

Наши ценности и цели

О компании MikaTech

Время пролетело незаметно: с того дня, когда мы в 1998 году выполнили наш первый проект по обратной разработке MCU 8051, до момента создания нашей миллионной лаборатории обратной разработки в 2012 году прошло 14 лет. Теперь мы начинаем новый бизнес — разработку встраиваемых систем визуализации, и надеемся прослужить ещё 10 лет.

Питер Ли Соучредитель и генеральный директор

Современные микроконтроллеры: взлом и способы защиты

Современные микроконтроллеры становятся всё более мощными с точки зрения скорости обработки, интеграции периферии и энергоэффективности. Теперь они включают больше памяти, интерфейсов связи и вычислительной логики, чем поколения, выпущенные десятилетие назад. Несмотря на стремительное функциональное развитие, недостаточное внимание уделяется аппаратной безопасности от несанкционированного доступа к программам и данным, хранящимся в них. Большинство производителей отдают приоритет производительности и снижению затрат перед созданием надёжных встроенных механизмов безопасности в массовых продуктах. В результате многие встраиваемые системы на основе этих микроконтроллеров могут быть скомпрометированы как хакерами-любителями, так и профессиональными специалистами по безопасности. Некоторые коммерческие и промышленные устройства на базе MCU уже были взломаны и публично задокументированы в отчётах по безопасности. Как только внутренняя прошивка становится известной, интеллектуальная собственность продукта сталкивается с необратимой потерей. В связи с этим всё больше разработчиков встраиваемого ПО заинтересованы в достижении более высокого уровня защиты своих программ и данных от любого несанкционированного доступа. Они стремятся предотвратить чтение, копирование, модификацию и обратную разработку своего проприетарного кода. В этом отношении все микроконтроллеры, предназначенные для использования в ценных приложениях, должны тщательно выбираться и проходить всестороннее тестирование перед официальным развёртыванием. Инженеры по безопасности должны проверять механизмы блокировки, границы защиты памяти и надёжность аутентификации в ходе предпроизводственной оценки. В данной статье рассматриваются распространённые схемы защиты, реализованные во многих массовых микроконтроллерах. Выявляются критические недостатки, обнаруженные в различных реализациях аппаратной безопасности разных производителей чипов. Анализируется, почему устаревшие методы защиты неэффективны против современных недорогих инструментов атаки. В заключение предлагаются практические идеи о возможных технологиях защиты для эффективного устранения существующих уязвимостей безопасности.

Микроконтроллеры широко используются в современном оборудовании и интеллектуальных электронных устройствах во всех промышленных и потребительских сферах. Они повсюду вокруг нас — от бытовых стиральных машин и смарт-телевизоров до портативных мобильных телефонов и настольных компьютеров. Каждая категория электронных продуктов полагается на MCU для управления логикой и взаимодействия с данными. Некоторые микроконтроллеры используются радиолюбителями для создания небольших экспериментальных устройств исключительно в целях обучения и развлечения. Такие любительские проекты обычно включают простые датчики, светодиодные индикаторы и модули управления двигателями. Другие используются небольшими компаниями в промышленных контроллерах, точных измерительных приборах и автоматизированном испытательном оборудовании. Эти коммерческие MCU требуют базовой защиты от копирования для сохранения корпоративных алгоритмов. Большое количество высококлассных микроконтроллеров применяется в серьёзных конфиденциальных приложениях спецслужб, глобальных банковских учреждений и профессиональных медицинских служб. Эти сценарии с высоким риском требуют максимального уровня изоляции данных на кристалле и защиты от взлома. Каждый микроконтроллер выполняет определённый алгоритм или пользовательскую программу, постоянно загруженную в его внутреннюю энергонезависимую память. Поток выполнения строго определяется машинными инструкциями, хранящимися во флеш-памяти программ. Программы для встраиваемых систем обычно пишутся на языках ассемблера или C из-за их высокой эффективности и низких накладных расходов по памяти. Языки высокого уровня, такие как Basic или Java, редко используются в традиционной разработке прошивок MCU. Они появляются лишь на небольшом числе высокопроизводительных встраиваемых платформ с дополнительными ресурсами памяти. Обычно программа хранится внутри микросхемы в виде двоичных машинных кодов после компиляции и компоновки. Поэтому весь исходный код должен быть полностью скомпилирован перед загрузкой и прошивкой в память чипа. На рынке существует множество профессиональных пакетов разработки, адаптированных для каждого семейства микроконтроллеров. Эти инструменты включают интегрированные среды разработки, компиляторы, отладчики и утилиты для прошивки. Полные аппаратные наборы для разработки также предоставляются как оригинальными производителями микросхем, так и квалифицированными сторонними поставщиками технологий. Эти наборы помогают инженерам ускорить проверку прототипов и разработку для массового производства.

Эта статья будет следовать чёткой логической структуре для глубокого обсуждения проблем безопасности MCU. Я начну с краткого введения в классификацию и принципы работы распространённых технологий атак в области встраиваемой безопасности. Также будет дан всесторонний обзор микроконтроллеров, доступных на современном мировом рынке. Этот обзор оценивает устройства с точки зрения базовой технологии производства полупроводников и нативных аппаратных особенностей микроконтроллеров. После изложения базовых сведений я систематически объясню различные классы аппаратных и программных атак, направленных на MCU. Я также расскажу, насколько легко каждый тип атаки может быть практически применён к различным архитектурам чипов и платформам производителей. В следующей ключевой части статьи я представлю множество реальных примеров коммерческих микроконтроллерных чипов. Каждый пример будет включать подробные объяснения структуры реализации их нативной аппаратной защиты. Я также объективно обобщу очевидные преимущества и внутренние недостатки каждой интегрированной схемы защиты. Последняя глава опишет возможные и недорогие способы повышения уровня защиты для уже существующих микроконтроллеров, находящихся в эксплуатации. Также будут даны целевые профессиональные рекомендации для будущего проектирования аппаратного обеспечения с чисто исследовательской точки зрения в области безопасности. Конечная цель — помочь следующему поколению встраиваемых устройств достичь более высокой устойчивости к инвазивным атакам.

Общие вопросы об извлечении прошивки микроконтроллера

Безопасно ли отправлять оплату в MikaTech?

Если бы MikaTech была недобросовестной компанией, в интернете за 28 лет истории можно было бы найти множество негативных отзывов о её услугах
Итак, ответ — ДА! Мы хорошие люди.
Почему стоит выбрать Mikatech, пожалуйста, нажмите здесь, чтобы узнать
Может ли Mikatech взломать микросхемы, не указанные на этом сайте?

У разных производителей микросхем разные номера деталей, но внутреннее ядро чипа может быть изготовлено по одной и той же технологии. Было бы довольно невозможно перечислить все номера деталей, к которым может быть применена наша технология, такие как MYSON, STK, FEELING, ANALOG, FUJITSU, NOVATEK, LG/HYNDAI.

Кроме того, с развитием технологий мы каждый день накапливаем всё больше опыта и разрабатываем новые методы обратной разработки для различных интегральных микросхем. Полный список номеров интегральных микросхем, входящих в нашу компетенцию, постоянно растёт. Пожалуйста, свяжитесь с нами, чтобы узнать подробности.
Будет ли защищена моя конфиденциальность?

Mikatech Innovative Limited понимает важность конфиденциальности своих клиентов. В момент обращения в Mikatech ваша личная информация будет защищена в соответствии с нашими управленческими регламентами, разработанными за годы практики. Mikatech использует эту информацию для настройки своих услуг под вас и никогда не передаёт её третьим лицам по каким-либо причинам.
По каждому проекту мы удаляем все данные, материалы и коды через 60 дней после передачи файлов — это защищает нас и вашу конфиденциальность.
Законно ли пользоваться услугами Mikatech?

Да, это абсолютно законно.
Mikatech предоставляет услуги обратной разработки исключительно в образовательных целях. Использование вышеуказанных услуг может быть незаконным в некоторых странах или регионах — пожалуйста, проверьте местные законы. Mikatech не несёт никакой ответственности в связи с использованием услуг, которые могут считаться незаконными.
Я отправил вам электронное письмо, почему нет ответа?
- A. Наш почтовый сервер временно вышел из строя, ваше сообщение не было доставлено в наш почтовый ящик, даже если на экране отображается успешная отправка. Пожалуйста, свяжитесь с нами снова.
- B. Наше письмо распознаётся вашим почтовым сервером как спам, поэтому наш ответ был отклонён или перенаправлен в папку спама. Пожалуйста, удалите наш адрес из списка спама или проверьте папку со спамом, либо используйте другой email, например Gmail.
- C. Ваше письмо распознаётся нашим почтовым сервером как спам, поэтому оно было помещено в папку спама. Пожалуйста, используйте другой email для связи с нами.