Откриване на уязвимости и оценка на устойчивостта на хакерски атаки на смарт карти и крипто процесори с вградена защита

През последното десетилетие, в допълнение към методите за извличане на тайни или извършване на други неоторизирани действия, нападателите започнаха да използват неволно изтичане на данни и манипулиране на изпълнението на програмата чрез странични канали.

Традиционните методи за атака могат да бъдат скъпи от гледна точка на знания, време и мощност на обработка. Атаките по страничните канали, от друга страна, могат да бъдат по-лесно приложени и неразрушителни, тъй като излагат или манипулират физически свойства, които са достъпни по време на нормална работа.

Чрез използване на статистически методи за обработка на измерванията на страничните канали или чрез въвеждане на грешки в частните канали на чипа, нападателят може да получи достъп до неговите тайни в рамките на няколко часа.

С повече от 5,000 милиона смарт карти, издавани всяка година, и нови вградени криптографски технологии, навлизащи на пазарите, има нарастваща необходимост да се гарантира сигурност както на бизнеса, така и на поверителността.

В Холандия Riscure създаде Inspector, който предоставя на научноизследователските и развойни лаборатории, както и на производителите нови, високоефективни възможности за откриване на заплахи за сигурността.

Системата Inspector Risk поддържа различни техники за анализ на страничните канали (SCA), като анализ на потреблението на енергия (SPA/DPA), синхронизация, RF, както и електромагнитен анализ (EMA) и смущения (FI) атаки, като проблеми с напрежението, проблеми с часовника и лазерна манипулация. Вградената функционалност на системата поддържа множество криптографски алгоритми, приложни протоколи, интерфейси и инструменти.

Системата ви позволява да разширявате и прилагате нови методи и персонализирани приложения за откриване на уязвимости.

Системата за анализ на страничните канали Inspector SCA включва:

• Power Tracer;
• монтаж на електромагнитна сондажна EM Probe Station;
• icWaves задействащ генератор;
• филтър CleanWave;
• текуща сонда Текуща сонда.

Сред основните „екстри” можем да подчертаем основните:

• Това е единичен интегриран инструмент за анализ на страничните канали и тестване за инжектиране на грешки;
• Inspector отговаря на сертифицираните от EMVco и CMVP Common Criteria изисквания за изпитване на страничен канал;
• Това е отворена среда, която включва изходен код за модули, като по този начин позволява съществуващите методи да бъдат модифицирани и да бъдат включени нови методи за тестване, които могат да бъдат разработени от потребителя за Inspector;
• Стабилният и интегриран софтуер и хардуер включват високоскоростно събиране на данни през милиони следи;
• Шестмесечният цикъл на пускане на софтуера поддържа потребителите в течение с най-новите техники за тестване на странични канали в полето.

Inspector се предлага в различни версии на една платформа:

• инспектор SCA предлага всички необходими опции за извършване на DPA и EMA анализ на странични канали.
• инспектор Ф.И предлага пълна функционалност за инжектиране на грешки (атаки на смущения), както и диференциален анализ на грешките (DFA).
• Инспектор Core и SP (Обработка на сигнали) предлага основна SCA функционалност, внедрена в отделни модули, за да осигури достъпен софтуерен пакет за събиране на данни или последваща обработка.

инспектор SCA

След като бъдат получени резултатите от измерването, са налични различни техники за обработка на сигнали за генериране на множество следи с висок сигнал и нисък шум. Разработени са функции за обработка на сигнали, които отчитат фините разлики между обработката на EM следа, мощност и RF следа. Мощното графично представяне на проследяване на Inspector позволява на потребителите да извършват анализ на времето или да изследват следи, например, за SPA уязвимости.

Извършване на DPA при прилагане на ECC

За много реализации на сигурността, считани за устойчиви на SPA в наши дни, фокусът на тестването обикновено е върху диференциални методи за тестване (т.е. DPA/CPA). За тази цел Inspector предлага широк набор от конфигурируеми методи, покриващи широк набор от криптографски алгоритми и широко използвани алгоритми като (3)DES, AES, RSA и ECC.

EM излъчване на чипа за намиране на най-доброто местоположение при прилагане на DEMA

Основни характеристики

• Това решение съчетава методи за анализ на мощност (SPA/DPA/CPA), електромагнитни (SEMA/DEMA/EMA-RF) и безконтактни методи за тестване (RFA).
• Скоростта на събиране на данни е значително подобрена от тясната интеграция на осцилоскопа с Inspector.
• Използват се усъвършенствани техники за изравняване, за да се предотврати трептене на часовника и рандомизация
• Потребителят може да конфигурира модули за криптоанализ, които поддържат атаки от първичен и висок ред на всички основни алгоритми като (3)DES, AES, RSA и ECC.
• Използва се разширена поддръжка за специфични за домейн алгоритми, включително SEED, MISTY1, DSA, включително Camellia.

Хардуер

В допълнение към работната станция PC Inspector, SCA използва хардуер, оптимизиран за данни от странични канали и получаване на сигнали:

• Power Tracer за SPA/DPA/CPA на смарт карти
• EM Сондова станция за SEMA / DEMA / EMA RF
• Текуща сонда за SPA/DPA/CPA на вградени устройства
• Филтър CleanWave с Micropross MP300 TCL1/2 за RFA и RF EMA
• IVI-съвместим осцилоскоп

Обектите, които се оценяват, често изискват измервания, превключване и хардуерен контрол, които са необходими за извършване на SCA. Гъвкавият хардуерен мениджър на Inspector, отворената среда за разработка и обширните опции за интерфейс осигуряват солидна основа за висококачествени измервания с помощта на персонализиран хардуер.

инспектор SCA

Водещият инженер по вътрешна сигурност Джо Джон Конър казва за системата:
„Inspector направи революция в начина, по който оценяваме диференциалното съпротивление на нашите продукти. атака за консумация на енергия DPA. Неговата сила се крие във факта, че интегрира процеси за събиране и анализ, които ни позволяват бързо да оценим ефективността на новите криптографски хардуерни проекти. Нещо повече, неговият превъзходен графичен интерфейс позволява на потребителя да визуализира енергийни сигнатури от събрани отделни данни поотделно или едновременно - безценно при подготовката на данни за DPA по време на атака - докато неговите мощни библиотеки за анализ поддържат най-често използваните комерсиални алгоритми за криптиране. Навременните софтуерни и технологични актуализации, поддържани от Riscure, ни помагат да поддържаме сигурността на нашите продукти.“

инспектор Ф.И

Inspector FI - Fault Injection - предлага широк набор от функции за извършване на тестове за инжектиране на грешки на смарт карти и технологии за вградени устройства. Поддържаните методи за тестване включват проблеми с часовника, проблеми с напрежението и оптични лазерни атаки. Атаките с инжектиране на грешки - известни също като атаки на смущение - променят поведението на чипа, причинявайки използваема повреда.

С Inspector FI потребителите могат да тестват дали даден ключ може да бъде извлечен чрез причиняване на грешки в криптографските операции на чипа, заобикаляне на проверка като удостоверяване или състояние на жизнения цикъл или промяна на начина, по който дадена програма работи на чипа.

Обширни конфигурируеми опции

Inspector FI включва голям брой конфигурируеми от потребителя параметри за програмно управление на превключването и смущенията, като импулси с различна продължителност, импулсно повторение и промени в нивото на напрежението. Софтуерът представя резултатите, показвайки очакваното поведение, нулиране на картата и неочаквано поведение, заедно с подробно регистриране. Модулите за DFA атака са налични за основните алгоритми за криптиране. Използвайки "съветника", потребителите могат също да създадат персонализирана програма за смущения с API.

Основни характеристики

• Непаралелна и лесно възпроизводима точност и синхронизация за целия неизправен хардуер.
• Сценарии за проектиране на атака с помощта на мощна командна система и интегриран IDE Inspector.
• Обширни опции за конфигуриране на Inspector за автоматизирано тестване за инжектиране на грешки.
• Лазерно оборудване за мулти-гличинг на задната и предната страна на картата, направено по поръчка за тестване по метода на инжектиране на глич.
• DFA модули за внедряване на популярни алгоритми за криптиране, включително RSA, AES и 3DES
• Надграждането до многоточков лазер дава възможност за въздействие върху микросхемата на няколко места едновременно.
• Зависещата от операцията синхронизация с помощта на тригерния генератор icWaves може да предотврати контрамерки и загуба на проби.

Хардуер

Inspector FI може да се използва със следните хардуерни компоненти за извършване на атаки:

• VC Glitcher с допълнителен глич усилвател
• Диодна лазерна станция с възможност за многоточково надграждане
• PicoScope 5203 или IVI-съвместим осцилоскоп

Inspector FI с VC Glitcher, icWaves Trigger Generator, Glitch Amplifier и Laser Station

Генераторът на VC Glitcher формира ядрото на архитектурата за инжектиране на бъгове на системата Inspector. Използвайки ултра-бърза FPGA технология, могат да се генерират грешки само за две наносекунди. Хардуерът има лесен за използване интерфейс за програмиране. Дефектната програма, създадена от потребителя, се зарежда в FPGA преди тестовото изпълнение. VC Glitcher включва интегрална схема за въвеждане на проблеми с напрежението и часовника, както и канален изход за управление на лазерната станция.

Диодната лазерна станция се състои от персонализиран набор от високомощни диодни лазери с персонализирана оптика, която се управлява бързо и гъвкаво от VC Glitcher. Оборудването издига оптичното тестване на следващото ниво, като осигурява ефективни множество грешки, прецизен контрол на мощността и бърз и предвидим отговор за импулсно превключване.

Чрез надграждане на диодната лазерна станция до многоточкова версия, множество области могат да бъдат тествани върху чипа, като се използват различни параметри за време и захранващи напрежения.

Задействане на базата на сигнал с помощта на генератора на тригери icWaves

Трептене на часовника, случайни прекъсвания на процеса и зависима от данните продължителност на процеса изискват гъвкаво превключване на грешки и събиране на данни от страничен канал. Генераторът icWaves на системата Inspector създава задействащ импулс в отговор на откриване в реално време на разлики от даден модел в захранването на чипа или EM сигнала. Устройството включва специален филтър с прорези, за да гарантира, че съвпадението на модела се открива дори при шумни сигнали.

Референтната следа, използвана за съответствие с модела вътре в FPGA устройството, може да бъде модифицирана с помощта на функциите за обработка на сигнали на Inspector. Смарт карта, която е открила инжектиране на грешка, може да инициира защитен механизъм за премахване на чувствителни данни или блокиране на картата. Компонентът icWaves може също да се използва за задействане на изключване на картата, когато консумацията на енергия или EM профилът се отклони от стандартната работа.

Лазерна станция (LS) с опция за многоточков достъп,
с микроскоп и координатна маса

Интегрирана среда за разработка (IDE)

Средата за разработка на Inspector е проектирана да осигури максимална гъвкавост на потребителя да използва SCA и FI за всякакви цели.

• Open API: улеснява внедряването на нови модули
• Изходен код: Всеки модул идва със собствен изходен код, така че модулите могат да бъдат адаптирани към желанията на потребителя или използвани като основа за създаване на нови модули

инспектор Ф.И

Inspector съчетава техники за инжектиране на грешки и анализ на странични канали в един високоефективен пакет.

Пример за анализ на поведението при отказ:

Полето на страничните атаки се развива бързо, като всяка година се публикуват нови изследователски резултати, стават публично известни или правят сертифицирането на схеми и стандарти задължително. Inspector позволява на потребителите да бъдат в крак с новите разработки и редовните софтуерни актуализации, които прилагат нови техники.

Източник: www.habr.com