Възстановяване на криптографски ключове въз основа на анализ на видео с LED индикатор за захранване

Група изследователи от Университета Дейвид Бен-Гурион (Израел) разработи нов метод за атаки през странични канали, позволяващ дистанционно да се възстановят стойностите на ключовете за шифриране, базирани на алгоритмите ECDSA и SIKE, чрез анализ на видео от камера, заснемаща светодиодния индикатор на четеца на смарт карти или устройство, свързано към един USB хъб с смартфон, извършващ операции с ключа.

Методът се основава на факта, че по време на изчисления, в зависимост от извършваните операции на CPU, се променя консумацията на енергия, което води до малки колебания в яркостта на светлината на светодиодните индикатори. Промените в осветлението, които директно корелират с извършваните изчисления, могат да бъдат уловени от съвременни цифрови видеокамери или камери на смартфони, а анализът на данните от камерата позволява косвено възстановяване на информацията, използвана при изчисленията.

За заобикаляне на ограниченията за точност на пробата, свързани с записването само на 60 или 120 кадъра в секунда, е приложен поддържан от някои камери режим на времеви паралакс (rolling shutter), който отразява в един кадър различни участъци от бързо променящия се обект в различни моменти от време. Използването на този режим позволява да се анализират до 60 хиляди измервания на осветлението в секунда при снимане с камера iPhone 13 Pro Max с основна честота от 120 FPS, ако изображението на светодиодния индикатор заема цялото кадър (за приближаване пред обектива е била поставена леща). При анализа е разгледано изменението на отделните компоненти на цвета (RGB) на индикатора в зависимост от промените в енергопотреблението на процесора.

За възстановяване на ключовете са използвани известни методи за атака Hertzbleed върху механизма на инкапсулация на ключове SIKE и Minerva върху алгоритъма за генериране на цифрови подписи ECDSA, адаптирани за приложение с друг източник на изтичане през странични канали. Атаката е ефективна само при използване на уязвими реализации на ECDSA и SIKE в библиотеките Libgcrypt и PQCrypto-SIDH. Например, засегнати от атаката уязвими библиотеки се използват в смартфон Samsung Galaxy S8 и шест закупени от Amazon смарт карти от пет различни производители.

Изследователите проведоха два успешни експеримента. В първия успяха да възстановят 256-битовия ключ ECDSA от смарт картата чрез анализ на видеото на LED индикатора на четеца на смарт карти, заснето от свързана към глобалната мрежа видеокамера, разположена на 16 метра от устройството. Атаката отне около час и изискваше създаването на 10 хиляди цифрови подписи.

Във втория експеримент успяхме да възстановим 378-битовия ключ SIKE, използван на смартфона Samsung Galaxy S8, чрез анализ на видеозаписа на LED индикатора на захранването на USB колонките Logitech Z120, свързани към един USB хъб, през който се зареждаше смартфонът. Видеото беше заснето с камерата на смартфона iPhone 13 Pro Max. По време на анализа на смартфона се извършваше атака, базирана на подбран шифротекст (постепенно подбиране на базата на манипулации с шифрован текст и получаване на неговото разшифроване), в хода на която бяха извършени 121 хиляди операции с ключа SIKE.

​

Източник: opennet.ru