Haavatavuste tuvastamine ja smart-kartide ning krüptoprotsessorite turvamise vastupidavuse hindamine

Viimase kümnendi jooksul on ründajad hakanud lisaks salajaste väljavõtete meetoditele või muudele volitamata tegevustele kasutama ka tahtmatut andmelekke ja programmi täitmisprotsessi manipuleerimist kõrvalkanalite kaudu.

Traditsioonilised rünnaku meetodid võivad olla teadmiste, aja ja arvutusvõimsuse osas kulukad. Kõrvalkanali rünnakud, aga võivad olla kergemini teostatavad ja mittehävitavad, kuna need paljastavad või juhivad füüsikalisi omadusi, mis on kergesti kättesaadavad normaalse toimimise ajal.

Statistiliste meetodite abil kõrvalkanali mõõtmiste töötlemiseks või sulgedes mikrokiibi suletud kanaleid, võib ründaja kogu teabe kätte saada mõne tunni jooksul.

Igal aastal toodetakse üle 5,000 miljoni nutikaardi, turule ilmuvad uued integreeritud krüptograafilised tehnoloogiad, seetõttu suureneb vajadus kaitsta nii äri kui ka isiklikku elu.

Hollandis on ettevõte Riscure loonud süsteemi Inspector, mis pakub teadus- ja uurimislaboritele ning tootjatele uusi, tõhusaid ohutuvastustooted.

Süsteem Inspector Riscure toetab erinevaid kõrvalkanali analüüsi (SCA) meetodeid, näiteks võimsuse analüüsi (SPA/DPA), sünkroniseerimist, raadiosagedust ning elektromagnetilist analüüsi (EMA) ja häirimise rünnakuid (FI), nagu pinge katkestused, kellaimpulsside katkestused ja laserite kaudu manipuleerimine. Süsteemi integreeritud funktsioonid toetavad mitmeid krüptograafilisi algoritme, rakendusprotokolle, liideseid ja mõõteinstrumente.

Süsteem võimaldab teil laiendada ja rakendada uusi meetodeid ja oma rakendusi haavatavuste tuvastamiseks.

Inspector SCA kõrvalkanali analüüsisüsteem sisaldab:

• võimsuse jälgimise jälgijat Power Tracer;
• elektromagnetilise sondimise seadet EM Probe Station;
• triggereid icWaves;
• filtrit CleanWave;
• voolu sondi Current Probe.

Peamiste 'tasu' seas tasub välja tuua:

• See on integreeritud tööriist kõrvalkanalite analüüsiks ja katsetamiseks rikeide kaudu;
• Inspector vastab nõuetele, mis on kehtestatud EMVco ja CMVP kõrvalkanalite testimise sertifikaatide jaoks;
• See on avatud keskkond, mis sisaldab moodulite allika kode, mis võimaldab muuta olemasolevaid meetodeid ja lisada uusi testimismeetodeid, mille kasutajad võivad Inspectori jaoks välja töötada;
• Stabiilne ja integreeritud tark- ja riistvara sisaldab kõrge kiirusel andmete kogumist miljonite jälgede kaupa;
• Kuuekuu jooksul tarkvara väljalasked tsükkel võimaldab kasutajatel olla kursis viimaste kõrvalkanalite testimismeetoditega välitingimustes.

Inspectorit pakutakse erinevates versioonides ühte platvormi peal:

• Inspector SCA pakub kõiki vajalikke valikuid kõrvalkanalite DPA ja EMA analüüsi läbiviimiseks.
• Inspector FI pakub täielikku funktsionaalsust häirete genereerimise (verbige eritehnika) ja ka häirete erinevuse analüüsi (DFA) jaoks.
• Inspector Core ja SP (signaalide töötlemine) pakuvad põhifunktsionaalsust SCA jaoks, rakendatuna eraldi moodulitena, et pakkuda taskukohast tarkvarapaketti andmete kogumiseks või edasiseks töötlemiseks.

Inspector SCA

Pärast mõõtmise tulemuste saamist on saadaval erinevad signaalide töötlemise meetodid, et luua kõrge signaali ja madala müraga mitmeid jälgi. Signaalide töötlemise funktsioonid on välja töötatud, et arvesse võtta peeneid erinevusi elektromagnetiliste jälgede, energia tarbimise jälgimise ja RF jälgimise signaalide töötlemise vahel. Tugevad graafilised jälgimisvahendid Inspectori sees võimaldavad kasutajatel teha ajaliselt analüüsi või jälgida jälgi, näiteks SPA haavatavuse osas.

DPA teostamine ECC rakendamisel

Paljude turvalisuse rakenduste puhul, mis peetakse tänapäeval SPA vastu vastupidavaks, keskendub testimise peamine tähelepanu tavaliselt diferentsiaalsete testimismeetodite testimisele (st DPA / CPA). Selle eesmärgi täitmiseks pakub Inspector laia valikut konfigureeritavaid meetodeid paljude krüptograafiliste algoritmide, sealhulgas laialdaselt kasutatavate meetodite, nagu (3)DES, AES, RSA ja ECC osas.

EM kiirgus mikrokiibilt parima asukoha leidmiseks DEMA rakendamisel

Põhiomadused

• See lahendus ühendab võimsuse analüüsi (SPA/DPA/CPA), elektromagnetilised (SEMA/DEMA/EMA-RF) ja kontaktivabad testimise meetodid (RFA).
• Andmete kogumise kiirus tõuseb oluliselt, kui osaleb tihe integreerimine oskilloskoobi ja Inspector'i vahel.
• Jitteri vältimiseks taktimpulsides ja randomiseerimise takistamiseks kasutatakse täiustatud joondamismeetodeid.
• Kasutaja saab konfigureerida krüoanalooge, mis toetavad esmaseid rünnakuid ja kõrge järku rünnakuid kõikide põhialgoritmide, sealhulgas (3)DES, AES, RSA ja ECC jaoks.
• Kasutatakse ulatuslikku tuge piirkonnale spetsiifilistele algoritmidele, sealhulgas SEED, MISTY1, DSA, sealhulgas Camellia.

Riistvara

Lisaks PC tööjaama on Inspectoril riistvara, mis on optimeeritud kõrvalkanali andmete ja signaalide kogumise jaoks:

• Energiatarbimise jälgija (Power Tracer) SPA/DPA/CPA nutikaarte jaoks
• EM-proobija jaam (EM Probe station) SEMA/DEMA/EMA RF jaoks
• Vo lambda sond (Current Probe) SPA/DPA/CPA sisseehitatud seadmetes
• CleanWave filtriga Micropross MP300 TCL1/2 RFA ja RF EMA jaoks
• IVI-ühilduv oskilloskoop

Hinnatavad objektid vajavad sageli mõõtmisi, lülitusi ja riistvara juhtimist, mis on vajalik SCA teostamiseks. Paindlik Inspector'i tööriistade riistvara haldur, avatud arenduskeskkond ja laiad liidestamisvõimalused loovad tugeva aluse kvaliteetsete mõõtmiste teostamiseks kasutaja seadmetega.

Inspector SCA

Juhtiv siseturbeinsener Joh John Connor ütleb süsteemi kohta:
“Inspector on oluliselt muutnud meie toodete vastupidavuse ajurünnakute hindamise meetodit. energiatarbimise rünnaku DPA. Selle tugevus seisneb selles, et see integreerib kogumise ja analüüsi protsessid, mis võimaldavad meil kiiresti hinnata uute krüptograafiliste riistvaraprojektide efektiivsust. Veelgi enam, selle suurepärane graafiline liides võimaldab kasutajal visualiseerida energia tarbimise signaale kogutud diskreetsete andmete põhjal kas individuaalselt või samaaegselt – mis on hindamatu andmete ettevalmistamisel DPA jaoks rünnaku ajal – samas kui selle võimsad analüüsiraamatukogud toetavad kõige sagedamini kasutatavaid kaubanduslikke šifreerimise algoritme. Õigeaegselt Riscure'i poolt toetatud tarkvara- ja tehnoloogiauuendused aitavad meil tagada oma toodete turvalisuse.

Inspector FI

Inspector FI – vea sisseviimine (Fault Injection) – pakub laia valikut funktsioone, et teostada vea sisseviimise katsetusi nutikaarditehnoloogiate ja sisseehitatud seadmete puhul. Toetatud katsemeetodid hõlmavad taktsignaalide katkestusi, pingete katkemisi ning optilisi rünnakuid laserseadmete abil. Veab ja korraldades – mida tuntakse ka häirimisrünnakutena – muudavad need kiibi käitumist, põhjustades kasutamiskõlbuliku rikke.

Inspector FI abil saavad kasutajad testida, kas krüptograafiliste toimingute käigus tekkivate rikete abil on võimalik võtme välja võtta, mööda minna sellistest kontrollidest nagu autentimine või elutsükli olek, või muuta programmi täitmise protsessi kiibil.

Küllaldased konfigureeritavad valikud

Inspector FI sisaldab suures koguses kasutaja poolt kohandatavaid parameetreid seadmete ja häirimiste programmeeritud juhtimiseks, nagu erineva kestusega tippimpulsid, impulsside kordused ja pingetaseme muutmine. Tarkvara esitab tulemusi, näidates oodatud käitumist, kaartide lähtestamisi ja ootamatut käitumist koos detailse logimisega. DFA rünnakumoodulid on saadaval peamiste šifreerimise algoritmide jaoks. Kasutades 'meistrit', saavad kasutajad luua ka kohandatud häirimisprogrammi API abil.

Põhiomadused

• Mitteparalleelsed ja hõlpsasti korduvad täpsused ja sünkroonimine kõigi riistvarade katkestuste (glitšimine) jaoks.
• Rünnakute kavandamise stsenaariumid, kasutades võimsat käsusüsteemi ja integreeritud IDE Inspectorit.
• Ulatuslikud konfiguratsiooni valikud Inspectoris automatiseeritud teste jaoks, kasutades rikete tekitamist.
• Laserseade mitme glitšina jaoks, tagakaane ja esikaane jaoks, mis on kohandatud kasutaja poolt rikete tekitamise testimiseks.
• DFA moodulid tuntud krüpteerimisalgoritmide, sealhulgas RSA, AES ja 3DES, rakendamiseks.
• Uuendus mitme punktiga laserile võimaldab samal ajal mõjutada mikroskeemi mitmes kohas.
• Tehingutest sõltuv sünkroonimine, kasutades triggeregeneratsiooni icWaves'i, võib takistada vastumeetmete rakendamist ja vältida proovi kaotust.

Riistvara

Inspector FI-d saab kasutada järgmiste riistvara komponentidega rünnakute teostamiseks:

• VC Glitcher koos täiendava rikete võimendiga.
• Diodilaserjaam koos täiendava mitme punkte uuendusega.
• PicoScope 5203 või IVI-ühilduv osilloskoop.

Inspector FI koos VC Glitcher'i rikete generaatori, icWaves'i triggeregeneratori, Glitch Amplifier'i rikete võimendi ja Laser Station'iga.

VC Glitcher'i generaator moodustab Inspectori rikke süsteemi arhitektuuri. Kasutades üli kiiret FPGA tehnoloogiat, saab genereerida rikkeid vaid kahe nanosekundi jooksul. Riistvara positsioneerib kasutajasõbraliku programmeerimisliidese. Kasutaja loodud rikke programm laaditakse FPGA-sse enne testimist. VC Glitcher sisaldab integreeritud ahelat pinge ja kellasageduse rikke tekitamiseks ning väljundit laserseadmestamise juhtimiseks.

Diodilaserjaam koosneb spetsiaalsest võimsate diodlaserite komplektist, millel on kohandatud optika, mida VC Glitcher kiiresti ja paindlikult juhib. Seade tõstab optilisi teste uuele tasemele, pakkudes efektiivset mitme rikke tekitamist, täpset võimsuse juhtimist ja kiiret ning ettearvatavat reageerimist impulsside katkestamiseks.

Diodilaserjaama uuendamine mitme punkte versiooniks võimaldab testida mikroskeemi mitmeid piirkondi erinevate sünkroonimise ja toitepingega parameetrite abil.

Signaalide alusel käivitamine triggereeriva impulsgeneraatori icWaves abil

Kellasilmade jitter, juhuslikud protsessi katkestused ja andmetest sõltuv protsessi kestus nõuavad paindlikku tõrgete vahetamist ja külgkanali andmete kogumist. Inspector süsteemi icWaves generaator loob triggereeriva impulsi reaalajas avastatud erinevuste tõttu, mis on seotud mikroskeemi toite või EM signaaliga määratud mudelist. Seade sisaldab spetsiaalset kitsasagedusfiltrit, et tagada mudeliga vastavuse avastamine isegi mürarikka signaali korral.

Seade sees FPGA alus on referenttrass, mida saab muuta Inspector signaalitöötluse funktsioonide kasutamise kaudu. Nutikaardid, mis avastavad rikke tekkimist, võivad aktiveerida kaitsemehhanismi, et eemaldada konfidentsiaalsed andmed või blokeerida kaardi. Komponent icWaves saab samuti kasutada, et iga kord, kui energiatarbimine või EM profiil kõrvale kaldub normaalsest tööst, kaarti välja lülitada.

Laserjaam Laser Station (LS) mitme punktiga ligipääsu valikuga,
mikroskoobi ja koordinaattabeliga

Integreeritud arenduskeskkond (IDE)

Inspector arenduskeskkond on projekteeritud maksimaalse paindlikkuse tagamiseks SCA ja FI kasutajale iga otstarbe jaoks.

• Ava API: lihtsustab uute moodulite rakendamist
• Allika kood: iga moodul tarnitakse koos oma allika koodiga, seega saavad moodulid kohanduda kasutaja soovide järgi või kasutada uut moodulite loomise aluseks

Inspector FI

Inspector ühendab tõrgete sisseviimise ja külgkanali analüüsi meetodid ühte kõrge jõudlusega paketti.

Näide tõrke käitumise analüüsist:

Külgkanalite rünnakute valdkond areneb kiiresti, ning uusi teadusuuringute tulemusi avaldatakse igal aastal ning need muutuvad üldtuntuks või muudavad ringluse kohustuslikuks skeemide ja standardite sertifitseerimise. Inspector võimaldab kasutajatel olla kursis uute arengutega ja regulaarselt toimuva tarkvara värskendustega, mis rakendavad uusi meetodeid.

Allikas: habr.com