In den letzten zehn Jahren wurden neben Methoden zum Extrahieren von Geheimnissen oder zum Ausführen anderer unbefugter Handlungen durch Angreifer auch unbeabsichtigte Datenlecks und Manipulationen des Programmablaufs durch Seitenkanäle angewendet.
Traditionelle Angriffsmethoden können teuer sein in Bezug auf Wissen, Zeit und Rechenleistung. Seitenkanalangriffe hingegen können einfacher implementiert und nicht-destruktiv sein, da sie physikalische Eigenschaften ausnutzen, die während des normalen Betriebs zugänglich sind.
Durch statistische Methoden zur Verarbeitung von Seitenkanalmessungen oder durch das Einführen von Störungen in geschlossene Kanäle des Chips kann ein Angreifer in wenigen Stunden auf dessen Geheimnisse zugreifen.
Jährlich werden mehr als 5.000 Millionen Smartcards ausgegeben, neue eingebettete Kryptographietechnologien kommen auf den Markt, weshalb die Notwendigkeit zur Gewährleistung der Sicherheit von Unternehmen und Privatleben steigt.
In den Niederlanden hat das Unternehmen Riscure ein System namens Inspector entwickelt, das Forschungsinstituten sowie Herstellern neue leistungsfähige Mittel zur Bedrohungserkennung für die Sicherheit bietet.
Das Riscure Inspector-System unterstützt verschiedene Methoden der Seitenkanalanalyse (SCA), wie Stromverbrauchsanalyse (SPA/DPA), Synchronisation, Funkfrequenzen sowie elektromagnetische Analyse (EMA) und Störungstechniken (FI), wie Spannungsfehler, Taktsignalfehler und Laser-Manipulationen. Die integrierten Funktionen des Systems unterstützen zahlreiche kryptografische Algorithmen, Anwendungsprotokolle, Schnittstellen und Messgeräte.
Das System ermöglicht es Ihnen, neue Methoden und eigene Anwendungen zur Schwachstellenerkennung zu erweitern und zu implementieren.
Das Seitenkanalanalyse-System Inspector SCA umfasst:
- Stromverbrauchstracer Power Tracer;
- elektromagnetische Sondierungsstation EM Probe Station;
- Trigger-Generator icWaves;
- Filter CleanWave;
- Stromsonde Current Probe.
Zu den Hauptvorteilen gehören die wichtigsten:
- Dies ist ein integriertes Werkzeug zur Analyse von Seitenkanälen und zum Testen durch Eingabe von Störungen;
- Inspector erfüllt die Anforderungen für Tests von Seitenkanälen, die von EMVco und CMVP nach allgemeinen Kriterien zertifiziert wurden;
- Es handelt sich um eine offene Umgebung, die den Quellcode von Modulen umfasst und es so ermöglicht, bestehende Methoden zu modifizieren und neue Testmethoden zu integrieren, die vom Benutzer für den Inspector entwickelt werden können;
- Stabile und integrierte Software- und Hardware umfasst Hochgeschwindigkeitsdatenaufnahme von Millionen von Verfolgungen;
- Ein sechsmonatiger Software-Veröffentlichungszyklus ermöglicht es den Benutzern, mit den neuesten Methoden zum Testen von Seitenkanälen im Feld Schritt zu halten.
Inspector wird in verschiedenen Versionen auf einer einheitlichen Plattform angeboten:
- Inspector SCA bietet alle notwendigen Optionen zur Durchführung von Analysen von Seitenkanälen DPA und EMA.
- Inspector FI bietet die volle Funktionalität für das Einbringen von Störungen (Störangriffe) sowie die differenzielle Analyse von Störungen (DFA).
- Inspector Core und SP (Signalverarbeitung) bieten die grundlegende Funktionalität von SCA, implementiert in Form einzelner Module, um ein erschwingliches Softwarepaket zur Datenerfassung oder nachfolgende Verarbeitung bereitzustellen.
Inspector SCA
Nach Erhalt der Messergebnisse stehen verschiedene Signalverarbeitungstechniken zur Verfügung, um eine Vielzahl von Verfolgungen mit hohem Signalpegel und niedrigem Rauschpegel zu erzeugen. Es wurden Signalverarbeitungsfunktionen entwickelt, die feine Unterschiede zwischen der Verarbeitung von elektromagnetischen Spuren, Stromverbrauchsverfolgungen und RF-Verfolgungen berücksichtigen. Mächtige grafische Werkzeuge zur Darstellung von Verfolgungen im Inspector ermöglichen es Benutzern, Zeitanalysen oder Überprüfungen von Verfolgungen durchzuführen, beispielsweise auf SPA-Schwachstellen.
Durchführung von DPA bei der Implementierung von ECC
Für viele Sicherheitsimplementierungen, die heutzutage als gegen SPA resistent gelten, liegt der Fokus bei Tests normalerweise auf differenziellen Testmethoden (d.h. DPA/CPA). Zu diesem Zweck bietet der Inspector eine breite Palette konfigurierbarer Methoden für eine Vielzahl von kryptographischen Algorithmen und weit verbreiteten Algorithmen wie (3)DES, AES, RSA und ECC.
Die EM-Strahlung des Chips zur Bestimmung des optimalen Standorts bei der Umsetzung von DEMA
Hauptmerkmale
- Diese Lösung kombiniert die Analyse des Energieverbrauchs (SPA/DPA/CPA), elektromagnetischer (SEMA/DEMA/EMA-RF) und kontaktloser Testmethoden (RFA).
- Die Datenakkumulationsgeschwindigkeit wird durch die enge Integration des Oszilloskops mit dem Inspector erheblich erhöht.
- Um Jitter von Taktsignalen und Zufälligkeit zu verhindern, werden verbesserte Ausrichtungsverfahren angewendet.
- Der Benutzer kann Module für die Kryptoanalyse konfigurieren, die primäre Angriffe und Angriffe höherer Ordnung auf alle gängigen Algorithmen unterstützen, wie z.B. (3)DES, AES, RSA und ECC.
- Es wird erweiterte Unterstützung für bereichsspezifische Algorithmen genutzt, einschließlich SEED, MISTY1, DSA, einschließlich Camellia.
Hardware
Zusätzlich zur PC-Station verwendet Inspector SCA Hardware, die für diese Seitenkanäle und die Signalaufnahme optimiert ist:
- Leistungs-Tracer für SPA / DPA / CPA auf Smartcards
- EM-Probenstation für SEMA / DEMA / EMA RF
- Stromsonde für SPA / DPA / CPA in eingebetteten Geräten
- CleanWave-Filter mit Micropross MP300 TCL1/2 für RFA und RF EMA
- IVI-kompatibles Oszilloskop
Die zu bewertenden Objekte erfordern häufig Messungen, Schaltungen und Hardwaresteuerungen, die zur Durchführung von SCA notwendig sind. Der flexible Hardware-Manager des Instruments Inspector, die offene Entwicklungsumgebung und die umfangreichen Schnittstellenoptionen bieten eine solide Grundlage für hochwertige Messungen mit der Hardware des Benutzers.
Inspector SCA
Leiter der internen Sicherheit Joh John Connor äußert sich wie folgt zur System:
„Inspector hat grundlegend verändert, wie wir die Widerstandsfähigkeit unserer Produkte gegen differentielle DPA. Seine Stärke liegt darin, dass es die Prozesse der Datensammlung und -analyse integriert, die es uns ermöglichen, die Effizienz neuer Projekte im Bereich der kryptographischen Hardware schnell zu bewerten. Darüber hinaus erlaubt seine hervorragende grafische Benutzeroberfläche dem Benutzer, die Signaturen des Energieverbrauchs basierend auf den gesammelten diskreten Daten individuell oder gleichzeitig zu visualisieren – was bei der Aufbereitung von Daten für DPA während eines Angriffs von unschätzbarem Wert ist – während seine leistungsstarken Analysetools die am häufigsten verwendeten kommerziellen Verschlüsselungsalgorithmen unterstützen. Regelmäßige Software- und Technologie-Updates, die von der Firma Riscure unterstützt werden, helfen uns, die Sicherheit unserer Produkte zu gewährleisten.
Inspector FI
Inspector FI – Fehlereinspeisung (Fault Injection) – bietet eine breite Palette von Funktionen, um Tests mittels Fehlereinspeisung in Smartcard- und eingebettete Gerätetechnologien durchzuführen. Die unterstützten Testmethoden umfassen Taktfehler, Spannungsfehler und optische Angriffe mithilfe von Laserausrüstung. Angriffe durch Fehlereinspeisung – auch bekannt als Störungsangriffe – verändern das Verhalten des Chips, wodurch ein nutzbarer Fehler entsteht.
Mit Inspector FI können Benutzer testen, ob der Schlüssel extrahiert werden kann, indem Fehler in kryptographischen Operationen des Chips verursacht werden, die Überprüfung umgangen wird, wie beispielsweise die Authentifizierung oder der Lebenszyklusstatus, oder der Programmablauf auf dem Chip verändert wird.
Umfangreiche konfigurierbare Optionen
Inspector FI umfasst eine große Anzahl von benutzerdefinierten Parametern für die programmatische Steuerung von Schaltern und Störungen, wie z. B. Spitzenimpulse unterschiedlicher Dauer, Impulswiederholungen und Spannungsänderungen. Die Software präsentiert die Ergebnisse, indem sie das erwartete Verhalten, Kartenrücksetzungen und unerwartetes Verhalten zusammen mit detaillierten Aufzeichnungen anzeigt. Angriffs-Module für DFA sind für die wichtigsten Verschlüsselungsalgorithmen verfügbar. Mithilfe des „Masters“ können Benutzer auch ein benutzerdefiniertes Störprogramm mit der API erstellen.
Hauptmerkmale
- Nicht-parallel und leicht reproduzierbar Genauigkeit und Synchronisierung für alle Hardware-Fehlereinheiten (Glitche).
- Angriffsdesign-Szenarien unter Verwendung eines leistungsstarken Kommandosystems und integrierter IDE Inspector.
- Umfassende Konfigurationsoptionen des Inspectors für automatisierte Tests durch Fehlereinführung.
- Lasergeräte für Multi-Glitching mit Rück- und Vorderseite der Karte, benutzerdefiniert für Fehlertests.
- DFA-Module zur Implementierung beliebter Verschlüsselungsalgorithmen, einschließlich RSA, AES und 3DES
- Das Upgrade auf einen Mehrpunktlaser ermöglicht die gleichzeitige Beeinflussung des Chips an mehreren Stellen.
- Betriebsabhängige Synchronisation, unter Verwendung des Trigger-Generators icWaves, kann die Anwendung von Gegenmaßnahmen verhindern und den Verlust von Mustern vermeiden.
Hardware
Inspector FI kann mit folgenden Hardwarekomponenten verwendet werden, um Angriffe durchzuführen:
- VC Glitcher mit zusätzlichem Fehlersignalverstärker
- Diodenlaserstation mit zusätzlichem Mehrpunkt-Upgrade
- PicoScope 5203 oder IVI-kompatibler Oszilloskop
Inspector FI mit VC Glitcher Fehlersignal-Generator, Trigger-Generator icWaves, Glitch-Verstärker und Laserstation
Der VC Glitcher Generator bildet das Kernstück der Fehlereinführungsarchitektur des Inspectors. Mit der ultraschnellen FPGA-Technologie können Störungen, die nur zwei Nanosekunden dauern, erzeugt werden. Die Hardware verfügt über eine benutzerfreundliche Programmieroberfläche. Das vom Benutzer erstellte Fehlerprogramm wird vor der Testdurchführung in das FPGA geladen. VC Glitcher enthält einen Schaltkreis zur Erzeugung von Stromstörungen und Taktimpulsstörungen sowie einen Ausgangskanal zur Steuerung der Laserstation.
Die Diodenlaserstation besteht aus einem speziellen Set leistungsstarker Diodenlaser mit maßgeschneiderter Optik, die schnell und flexibel vom VC Glitcher gesteuert wird. Die Ausrüstung hebt optische Tests auf ein neues Niveau, indem sie effiziente mehrfach Störungen, präzise Steuerung des Stromverbrauchs und eine schnelle und vorhersehbare Reaktion auf Impulsumschaltungen bietet.
Durch das Upgrade der Diodenlaserstation auf die Mehrpunktversion können mehrere Bereiche auf dem Chip mit unterschiedlichen Synchronisations- und Versorgungsspannungsparametern getestet werden.
Start basierend auf Signalen unter Verwendung des Trigger-Impuls-Generators icWaves
Jitter der Taktimpulse, zufällige Unterbrechungen des Prozesses und datengestützte Prozessdauer erfordern ein flexibles Umschalten von Fehlern und das Sammeln von Seitenkanaldaten. Der icWaves-Generator des Inspector-Systems erzeugt einen Triggerimpuls als Antwort auf die Echtzeiterkennung von Abweichungen von dem festgelegten Modell durch die Chip-Stromversorgung oder EM-Signal. Das Gerät beinhaltet einen speziellen bandpassfilter, um Übereinstimmungen mit dem Modell selbst bei verrauschten Signalen zu gewährleisten.
Die Referenzverfolgung, die zur Übereinstimmung mit dem Modell innerhalb des FPGA-basierten Gerätes verwendet wird, kann durch die Signalverarbeitungsfunktionen von Inspector modifiziert werden. Die Smartcard, die einen Fehler erkannt hat, kann den Schutzmechanismus aktivieren, um vertrauliche Daten zu löschen oder die Karte zu sperren. Der icWaves-Komponente kann ebenfalls verwendet werden, um die Karte jedes Mal abzuschalten, wenn der Energieverbrauch oder das EM-Profil von der Standardfunktion abweichen.
Laserstation Laser Station (LS) mit der Option für Mehrfachzugang,
mit Mikroskop und Koordinatentisch
Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)
Die Entwicklungsumgebung von Inspector ist so konzipiert, dass sie dem Benutzer, der SCA und FI für beliebige Zwecke anwendet, maximale Flexibilität bietet.
- Offene API: vereinfacht die Implementierung neuer Module
- Quellcode: jedes Modul wird zusammen mit seinem Quellcode geliefert, sodass die Module an die Wünsche des Benutzers angepasst oder als Grundlage für die Erstellung neuer Module verwendet werden können.
Inspector FI
Inspector kombiniert Fehlereinfügung und Methoden zur Seitenkanalanalyse in einem leistungsstarken Paket.
Beispiel für die Analyse des Fehlverhaltens:
Der Bereich der Seitenkanalangriffe entwickelt sich schnell, und jedes Jahr werden neue Forschungsergebnisse veröffentlicht, die allgemein bekannt werden oder eine Zertifizierung von Schaltungen und Standards erforderlich machen. Inspector ermöglicht es den Benutzern, über neue Entwicklungen und regelmäßige Software-Updates informiert zu bleiben, die neue Methoden implementieren.
Quelle: habr.com
