V posledním desetiletí kromě metod získávání tajemství nebo provádění jiných neoprávněných akcí začali útočníci používat také neúmyslný únik dat a manipulaci s procesem vykonávání programů prostřednictvím bočních kanálů.
Tradiční metody útoku mohou být nákladné z hlediska znalostí, času a výpočetního výkonu. Útoky přes boční kanály mohou na druhou stranu být snadněji realizovatelné a destruktivní, protože využívají nebo manipulují fyzikálními vlastnostmi dostupnými během normálního fungování.
Pomocí statistických metod zpracování měření bočního kanálu nebo vkládáním poruch do uzavřených kanálů čipu může útočník získat přístup k jeho tajemstvím během několika hodin.
Každoročně se na trh dostává více než 5 000 milionů čipových karet a objevují se nové vestavěné kryptografické technologie, což zvyšuje potřebu zajistit bezpečnost jak podnikání, tak soukromého života.
V Nizozemsku vytvořila společnost Riscure systém Inspector, který poskytuje výzkumným laboratořím a výrobcům nové vysoce účinné prostředky k detekci hrozeb na ochranu bezpečnosti.
Systém Riscure Inspector podporuje různé metody analýzy bočního kanálu (SCA), jako je analýza spotřeby energie (SPA/DPA), synchronizace, rádiové frekvence, stejně jako elektromagnetická analýza (EMA) a poruchové útoky (FI), jako jsou napěťové poruchy, poruchy hodinových pulzů a manipulace pomocí lasera. Vestavěné funkce systému podporují množství kryptografických algoritmů, aplikačních protokolů, rozhraní a měřicích přístrojů.
Systém vám umožňuje rozšiřovat a implementovat nové metody a vlastní aplikace pro detekci zranitelností.
Systém analýzy bočního kanálu Inspector SCA zahrnuje:
- tracer spotřeby energie Power Tracer;
- instalaci elektromagnetického zkoumání EM Probe Station;
- spouštěč icWaves;
- filtr CleanWave;
- proudový sondu Current Probe.
Mezi hlavními "výhodami" můžeme vyzdvihnout následující:
- Toto je jedinečný integrovaný nástroj pro analýzu vedlejších kanálů a testování pomocí poruch;
- Inspector splňuje požadavky na testování vedlejších kanálů certifikované EMVco a CMVP podle obecných kritérií;
- Jedná se o otevřené prostředí, které zahrnuje zdrojový kód modulů, čímž umožňuje modifikaci stávajících metod a zahrnutí nových testovacích metod, které mohou být vyvinuty uživateli pro Inspector;
- Stabilní a integrovaný softwarový a hardwarový systém zahrnuje vysokorychlostní sběr dat na milionech trasování;
- Šestiměsíční cyklus vydávání softwaru umožňuje uživatelům být informováni o nejnovějších metodách testování vedlejších kanálů v terénu.
Inspector je vydáván v různých verzích na jednotné platformě:
- Inspector SCA nabízí všechny potřebné možnosti pro analýzu vedlejších kanálů DPA a EMA.
- Inspector FI nabízí kompletní funkcionalitu pro vytváření poruch (útoky narušení) a také diferenciální analýzu poruch (DFA).
- Inspector Core a SP (zpracování signálů) nabízí základní funkčnost SCA, realizovanou ve formě samostatných modulů, aby zajistil dostupný software pro sběr dat nebo následné zpracování.
Inspector SCA
Jakmile jsou získány výsledky měření, jsou k dispozici různé metody zpracování signálů pro generování mnoha trasování s vysokými úrovněmi signálu a nízkými úrovněmi šumu. Byly vyvinuty funkce zpracování signálů, které zohledňují jemné rozdíly mezi zpracováním elektromagnetického trasování, trasováním spotřeby energie a RF (rádiovými) trasováními. Silné grafické prostředky prezentace trasování v Inspectoru umožňují uživatelům provádět časovou analýzu nebo kontrolu trasování, například na zranitelnost SPA.
Provádění DPA při implementaci ECC
Pro mnoho bezpečnostních implementací, které jsou v současnosti považovány za odolné vůči SPA, se při testování obvykle zaměřuje na diferenciální testovací metody (tj. DPA/CPA). S tímto cílem Inspector nabízí širokou škálu konfigurovatelných metod, které se týkají velkého množství kryptografických algoritmů a takových široce používaných algoritmů, jako jsou (3)DES, AES, RSA a ECC.
EM emise čipu pro nalezení optimálního umístění při implementaci DEMA
Hlavní vlastnosti
- Toto řešení spojuje analýzu spotřebované energie (SPA/DPA/CPA), elektromagnetických (SEMA/DEMA/EMA-RF) a bezkontaktních testovacích metod (RFA).
- Rychlost sběru dat výrazně zvyšuje úzká integrace osciloskopu s Inspektorem.
- K prevenci jitteru taktových impulsů a randomizace se používají pokročilé metody vyrovnání.
- Uživatel může konfigurovat moduly krytoanalýzy podporující primární útoky a útoky vyššího řádu na všech hlavních algoritmech, jako jsou (3)DES, AES, RSA a ECC.
- Je použita rozšířená podpora algoritmů specifických pro různé oblasti, včetně SEED, MISTY1, DSA, včetně Camellia.
Hardwarové prostředky
Kromě pracovní stanice PC používá Inspector SCA hardware optimalizovaný pro data vedlejších kanálů a sběr signálů:
- Sledovač spotřebované energie (Power Tracer) pro SPA / DPA / CPA na čipových kartách
- EM sonda (EM Probe station) pro SEMA / DEMA / EMA RF
- Průběhová sonda (Current Probe) pro SPA / DPA / CPA na vestavěných zařízeních
- CleanWave filtr s Micropross MP300 TCL1/2 pro RFA a RF EMA
- IVI-kompatibilní osciloskop
Posuzované objekty často vyžadují měření, přepínání a řízení hardwaru, které jsou nezbytné pro provádění SCA. Flexibilní správce hardwaru nástroje Inspector, otevřené vývojové prostředí a široké rozhraní nabízejí pevný základ pro kvalitní měření s použitím zařízení uživatele.
Inspector SCA
Vedoucí inženýr interní bezpečnosti Joh John Connor říká o systému:
„Inspector radikálně změnil způsob, jakým hodnotíme odolnost našich produktů vůči diferenciálním DPA. Jeho síla spočívá v integraci procesů shromažďování a analýzy, což nám umožňuje rychle vyhodnotit účinnost nových projektů kryptografického hardwaru. Navíc jeho vynikající grafické uživatelské rozhraní umožňuje uživateli vizualizovat signatury energetické spotřeby na základě shromážděných diskrétních dat jednotlivě nebo současně — což je neocenitelné při přípravě dat pro DPA během útoku – zatímco jeho silné analytické knihovny podporují nejčastěji používané komerční šifrovací algoritmy. Včasné aktualizace softwaru a technologií, které poskytuje společnost Riscure, nám pomáhají udržovat bezpečnost našich produktů.
Inspector FI
Inspector FI – vkládání chyb (Fault Injection) – nabízí širokou škálu funkcí pro provádění testování metodou vkládání chyb v technologiích chytrých karet a vestavěných zařízení. Podporované metody testování zahrnují poruchy taktovacích impulsů, poruchy napětí a optické útoky pomocí laserového vybavení. Útoky pomocí vkládání chyb – také známé jako útoky narušením – mění chování čipu, což vede k využitelnému selhání.
Díky Inspector FI mohou uživatelé testovat, zda lze získat klíč vyvoláním selhání v kryptografických operacích čipu, obejít ověření, jako je například autentizace nebo stav životního cyklu, nebo změnit průběh vykonávání programu na čipu.
Široké konfigurovatelné možnosti
Inspector FI zahrnuje velké množství uživatelsky konfigurovatelných parametrů pro softwarové řízení přepínačů a poruch, jako jsou špičkové impulsy různých délek, opakování impulsů a změny úrovně napětí. Software prezentuje výsledky, ukazuje očekávané chování, resety karty a neočekávané chování, spolu s podrobným zaznamenáváním. Moduly útoku DFA jsou dostupné pro hlavní šifrovací algoritmy. Pomocí „master“ mohou uživatelé také vytvořit uživatelský program narušení pomocí API.
Hlavní vlastnosti
- Nepárné a snadno reprodukovatelné přesnosti a synchronizace pro všechny hardwarové prostředky vkládání chyb (glitching).
- Útoky designové scénáře pomocí mocného příkazového systému a integrovaného IDE Inspector.
- Široké možnosti konfigurace Inspector pro automatizované testování pomocí glitching metody.
- Laserové zařízení pro multitapping s obrácenou a přední stranou desky, vyráběné na míru uživateli pro testování metodou glitching.
- DFA moduly pro realizace populárních šifrovacích algoritmů, včetně RSA, AES a 3DES.
- Upgrade na vícestopý laser umožňuje ovlivňovat čip na několika místech současně.
- Operacím závislá synchronizace, využívající spouštěcí generátor icWaves, může zabránit aplikaci protiopatření a ztrátě vzorku.
Hardwarové prostředky
Inspector FI může být použit s následujícími hardwarovými komponentami k provádění útoků:
- VC Glitcher s dodatečným zesilovačem glitchů.
- Stanice s diodovým laserem a dodatečným vícestopým upgradem.
- PicoScope 5203 nebo IVI-kompatibilní osciloskop.
Inspector FI se spouštěcím generátorem VC Glitcher, spouštěcím generátorem icWaves, zesilovačem glitchů Glitch Amplifier a laserovou stanicí Laser Station.
Generátor VC Glitcher tvoří jádro architektury systému Inspector pro glitchování. Díky superrychlé technologii FPGA lze generovat glitchy o délce pouhé dvě nanosekundy. Hardwarové komponenty mají uživatelsky přívětivé programovací rozhraní. Program se glitchy, vytvořený uživatelsky, se nahrává do FPGA před testovacím během. VC Glitcher zahrnuje integrovaný obvod pro zavádění napěťových glitchů a glitchů hodinových impulsů, stejně jako výstupní kanál pro ovládání laserové stanice.
Stanice s diodovým laserem se skládá z speciálního setu mocných diodových laserů s na míru vyráběnou optikou, která je rychle a flexibilně ovládána VC Glitcher. Zařízení pozvedá optické testování na novou úroveň tím, že poskytuje efektivní mnohonásobné glitchy, přesné ovládání spotřeby energie a rychlou a předvídatelnou reakci pro přepínání impulsů.
Díky upgradu stanice s diodovým laserem na vícestopou verzi může být testováno několik oblastí na čipu s použitím různých parametrů synchronizace a napětí napájení.
Spuštění na základě signálů pomocí generátoru impulsů icWaves
Jitter taktních impulsů, náhodné přerušení procesu a závislá na datech doba trvání procesu vyžadují flexibilní přepínání poruch a sběr dat bočního kanálu. Generátor icWaves systému Inspector vytváří spouštěcí impuls v reakci na detekci v reálném čase odchylek od zadaného modelu napájení čipu nebo EM signálu. Zařízení zahrnuje speciální úzkopásmový filtr, aby zajistilo detekci shody s modelem i při šumovém signálu.
Referenční sledování, které se používá pro porovnání s modelem uvnitř zařízení na bázi FPGA, může být modifikováno pomocí funkcí zpracování signálů Inspector. Chytrá karta, která detekovala zavedení poruchy, může iniciovat ochranný mechanismus k odstranění citlivých dat nebo zablokování karty. Komponenta icWaves může být také použita k iniciaci vypnutí karty pokaždé, když se spotřeba energie nebo EM profil odchylují od standardního provozu.
Laserová stanice Laser Station (LS) s možností vícestupňového přístupu,
s mikroskopem a souřadnicovým stolem
Integrované vývojové prostředí (IDE)
Vývojové prostředí Inspector je navrženo tak, aby poskytlo maximální flexibilitu uživatelům, kteří aplikují SCA a FI pro jakékoli účely.
- Otevřené API: usnadňuje implementaci nových modulů
- Zdrojový kód: každý modul je dodáván spolu se svým zdrojovým kódem, takže moduly mohou být přizpůsobeny přáním uživatele nebo použity jako základ pro vytváření nových modulů.
Inspector FI
Inspector kombinoval vkládání poruch a metody analýzy bočního kanálu v jednom vysoce výkonném balíčku.
Příklad analýzy chování poruchy:
Oblast útoků po vedlejších kanálech se rychle rozvíjí a nové výsledky výzkumu jsou publikovány každý rok, stávají se veřejně známými nebo činí certifikaci schémat a norem povinnou. Inspector umožňuje uživatelům být informováni o nových vývoji a pravidelných aktualizacích softwaru, které implementují nové metody.
Zdroj: habr.com
