Otkrivanje ranjivosti i procjena otpornosti na hakiranje pametnih kartica i kripto procesora s ugrađenom zaštitom

U posljednjem desetljeću, osim metoda otkrivanja tajni ili izvođenja drugih neovlaštenih radnji, napadači su počeli primjenjivati nenamjernu provalu podataka i manipulaciju procesom izvršavanja programa putem bočnih kanala.

Tradicionalne metode napada mogu biti skupe s obzirom na znanje, vrijeme i računalnu snagu. Napadi putem bočnih kanala, s druge strane, mogu se lakše izvesti i nisu destruktivni, budući da otkrivaju ili upravljaju fizičkim svojstvima dostupnim tijekom normalnog rada.

Uz pomoć statističkih metoda obrade mjerenja bočnog kanala, ili uvodeći kvarove u zatvorene kanale mikročipa, napadač može pristupiti njegovim tajnama unutar nekoliko sati.

Svake godine izlazi više od 5.000 milijuna pametnih kartica, na tržištima se pojavljuju nove ugrađene kriptografske tehnologije, zbog čega raste potreba za osiguravanjem sigurnosti i posla i privatnosti.

U Nizozemskoj, tvrtka Riscure je stvorila sustav Inspector, koji nudi istraživačkim laboratorijima, kao i proizvođačima, nove visokoučinkovite alate za otkrivanje prijetnji kako bi se osigurala sigurnost.

Sustav Inspector Riscure podržava različite metode analize bočnih kanala (SCA), poput analize potrošnje energije (SPA/DPA), sinkronizacije, radiovalova, kao i elektromagnetske analize (EMA) i napade ometanja (FI), poput napona kvara, kvara taktova i manipulacija pomoću lasera. Ugrađene funkcije sustava podržavaju brojne kriptografske algoritme, aplikacijske protokole, sučelja i mjerače.

Sustav vam omogućuje proširivanje i implementaciju novih metoda i vlastitih aplikacija za otkrivanje ranjivosti.

U sustav analize bočnih kanala Inspector SCA uključeni su:

• tracer potrošnje energije Power Tracer;
• postaja za elektromagnetsko ispitivanje EM Probe Station;
• trigerač generatore icWaves;
• filter CleanWave;
• strujni sonda Current Probe.

Među glavnim 'benefitima' može se istaknuti glavni:

• To je jedinstveni integrirani alat za analizu bočnih kanala i testiranje unošenjem kvarova.
• Inspector is compliant with EMVco and CMVP certification requirements for side-channel testing based on common criteria;
• It is an open environment that includes the source code of modules, thereby allowing the modification of existing methods and the inclusion of new testing methods that can be developed by the user for Inspector;
• The stable and integrated software and hardware includes high-speed data collection from millions of tracings;
• A six-month software release cycle allows users to stay updated on the latest side-channel testing methods in field conditions.

Inspector is released in various versions on a single platform:

• Inspector SCA provides all necessary options for conducting analysis on side-channel DPA and EMA.
• Inspector FI offers full functionality for fault injection (attack perturbation) as well as differential fault analysis (DFA).
• Inspector Core and SP (signal processing) offers core SCA functionality implemented as separate modules to provide an accessible software package for data collection or subsequent processing.

Inspector SCA

Once measurement results are obtained, various signal processing methods become available to form numerous high-signal and low-noise tracings. Signal processing functions have been developed that consider subtle differences between the signal processing of electromagnetic tracings, power consumption tracings, and RF tracings. Powerful graphical tools in Inspector allow users to perform temporal analysis or tracing verification, for example, for SPA vulnerability.

Performing DPA in ECC implementation

For many security implementations considered resilient to SPA today, testing typically focuses on differential testing methods (i.e., DPA/CPA). To this end, Inspector offers a wide range of configurable methods concerning a large number of cryptographic algorithms and widely used algorithms such as (3)DES, AES, RSA, and ECC.

EM radiation of the chip to find the best location for DEMA implementation

Key features

• Ovo rješenje kombinira analizu potrošnje energije (SPA/DPA/CPA), elektromagnetskih (SEMA/DEMA/EMA-RF) i bežičnih testnih metoda (RFA).
• Brzina prikupljanja podataka značajno se povećava bliskom integracijom osciloskopa s Inspectorom.
• Kako bi se spriječila jittera taktnog impulsa i randomizacija, koriste se unaprijeđene metode usklađivanja.
• Korisnik može konfigurirati module kriptoanalize koji podržavaju primarne napade i napade visokog reda na sve glavne algoritme, poput (3)DES, AES, RSA i ECC.
• Koristi se proširena podrška za algoritme specifične za različita područja, uključujući SEED, MISTY1, DSA, uključujući Camellia.

Hardverska sredstva

Osim radne stanice, PC Inspector koristi hardverska sredstva optimizirana za prikupljanje podataka iz bočnih kanala i signala:

• Tracer potrošnje energije (Power Tracer) za SPA/DPA/CPA na pametnim karticama.
• EM probna stanica (EM Probe station) za SEMA/DEMA/EMA RF.
• Strujni sonda (Current Probe) za SPA/DPA/CPA na ugrađenim uređajima.
• CleanWave filter s Micropross MP300 TCL1/2 za RFA i RF EMA.
• IVI-kompatibilni osciloskop.

Procijenjena sredstva često zahtijevaju mjerenja, prebacivanja i upravljanje hardverskim sredstvima potrebnim za SCA. Fleksibilni upravitelj hardverskih sredstava alata Inspector, otvoreno razvojno okruženje i široke opcije sučelja pružaju čvrstu osnovu za visokokvalitetna mjerenja korištenjem opreme korisnika.

Inspector SCA

Glavni inženjer za unutrašnju sigurnost Joh John Connor ovako se izjašnjava o sustavu:
“Inspector je temeljito promijenio način na koji procjenjujemo otpornost naših proizvoda na diferencijalne napade na potrošnju energije. DPA. Njegova snaga leži u integraciji procesa prikupljanja i analize, omogućujući nam brzu procjenu učinkovitosti novih projekata kriptografskog hardvera. Štoviše, njegov izvanredni grafički sučelje omogućuje korisnicima vizualizaciju potpisa potrošnje energije na temelju prikupljenih diskretnih podataka pojedinačno ili simultano — što je neprocjenjivo prilikom pripreme podataka za DPA tijekom napada – dok njegove moćne analitičke biblioteke podržavaju najčešće korištene komercijalne algoritme šifriranja. Pravovremna ažuriranja softvera i tehnologija koja podržava tvrtka Riscure pomažu nam održati sigurnost naših proizvoda.

Inspector FI

Inspector FI – uvođenje greške (Fault Injection) – nudi širok spektar funkcija za testiranje metodom uvođenja greške u tehnologije pametnih kartica i ugrađenih uređaja. Podržane metode testiranja uključuju greške u taktima, greške u napajanju i optičke napade pomoću laserske opreme. Napadi uvođenjem greške – također poznati kao napadi uznemiravanjem – mijenjaju ponašanje čipa izazivajući korisne kvarove.

Pomoću Inspector FI korisnici mogu testirati može li se izvući ključ izazivanjem kvarova u kriptografskim operacijama čipa, zaobići provjere poput autentifikacije ili statusa životnog ciklusa, ili promijeniti tijek izvršavanja programa na čipu.

Opsežne konfigurabilne opcije

Inspector FI uključuje veliki broj korisnički prilagodljivih parametara za programsko upravljanje preklopnicima i uznemiravanjima, kao što su vršni impulsi različitih trajanja, ponavljanje impulsa i promjene razine napona. Softver prikazuje rezultate, pokazujući očekivano ponašanje, resetiranja kartice i neočekivano ponašanje, zajedno s detaljnim zapisima. Moduli napada DFA dostupni su za glavne algoritme šifriranja. Koristeći "majstora", korisnici također mogu kreirati prilagođeni program uznemiravanja putem API-ja.

Key features

• Neparellelna i lako reproducibilna točnost i sinkronizacija za sav hardver za uvođenje greške (glitching).
• Scenariji dizajniranja napada koristeći moćan sustav naredbi i integrirane IDE alate Inspector.
• Obimne opcije konfiguracije Inspectora za automatizirano testiranje putem grešaka.
• Laserska oprema za multiglitčanje s stražnje i prednje strane ploče, izrađena po narudžbi korisnika za testiranje putem grešaka.
• DFA moduli za implementacije popularnih algoritama šifriranja, uključujući RSA, AES i 3DES.
• Nadogradnja na višepunktni laser omogućava utjecaj na mikročip na više mjesta istovremeno.
• Operacijski ovisni sinkronizatori, koristeći okidač generatore icWaves, mogu spriječiti primjenu protumjera i izbjeći gubitak uzorka.

Hardverska sredstva

Inspector FI može se koristiti s sljedećim hardverskim komponentama za izvođenje napada:

• VC Glitcher s dodatnim pojačivačem grešaka.
• Stacija s diodnim laserom s dodatnim višepunktnim ažuriranjem.
• PicoScope 5203 ili IVI-kompatibilni osciloskop.

Inspector FI s VC Glitcher generatorom grešaka, okidačnim generatorom icWaves, pojačivačem grešaka Glitch Amplifier i laserskom stanicom Laser Station.

VC Glitcher generator čini jezgru arhitekture sustava Inspector za greške. Koristeći superbrzu FPGA tehnologiju, moguće je generirati greške u trajanju od samo dvije nanosekunde. Hardver ima korisničko orijentirano sučelje za programiranje. Program s greškom, koji je korisnik stvorio, učitava se u FPGA prije testnog prolaza. VC Glitcher uključuje integriranu shemu za unos grešaka putem napona i grešaka taktnog impulsa, kao i izlaznog kanala za upravljanje laserskom stanicom.

Stacija s diodnim laserom sastoji se od posebnog seta snažnih diodnih lasera s izrađenom optikom, koja se brzo i fleksibilno upravlja VC Glitcher. Oprema podiže optičko testiranje na novu razinu, osiguravajući učinkovite brojne greške, preciznu kontrolu potrošnje energije i brzu i predvidljivu reakciju za prebacivanje impulsa.

Zahvaljujući nadogradnji stacije s diodnim laserom na višepunktnu verziju, moguće je testirati više područja na mikročipu koristeći različite parametre sinkronizacije i naponske opskrbe.

Pokretanje na temelju signala koristeći okidač impulsnog generatora icWaves

Jitter taktosnih impulsa, nasumična prekidanja procesa i trajanje procesa ovisno o podacima zahtijevaju fleksibilno prebacivanje grešaka i prikupljanje podataka pomoću sporednog kanala. Generator icWaves sustava Inspector stvara okidački impuls kao odgovor na otkrivanje u stvarnom vremenu odstupanja od zadanog modela prema napajanju čipa ili EM signalu. Uređaj uključuje poseban uskopojasni filtar kako bi omogućio otkrivanje usklađenosti modela čak i pri zagušenom signalu.

Referentno traganje korišteno za usklađivanje s modelom unutar uređaja temeljenog na FPGA može biti modificirano koristeći funkcije obrade signala Inspektora. Pametna kartica koja je otkrila uvođenje greške može inicirati mehanizam zaštite kako bi uklonila tajne podatke ili blokirala karticu. Komponenta icWaves također se može koristiti za iniciranje isključivanja kartice svaki put kada potrošnja energije ili EM profil odstupaju od standardnog rada.

Laserska stanica Laser Station (LS) s opcijom višepointnog pristupa,
s mikroskopom i koordinatnim stolom

Integrirano razvojno okruženje (IDE)

Razvojno okruženje Inspector dizajnirano je kako bi pružilo maksimalnu fleksibilnost korisniku koji primjenjuje SCA i FI u bilo koje svrhe.

• Otvoreni API: olakšava implementaciju novih modula
• Izvorni kod: svaki modul dolazi s vlastitim izvorni kodom, tako da se moduli mogu prilagoditi željama korisnika ili koristiti kao osnova za razvoj novih modula

Inspector FI

Inspector kombinira uvođenje grešaka i metode analize sporednog kanala u jednom visokoučinkovitom paketu.

Primjer analize ponašanja greške:

Područje napada putem sporednih kanala brzo se razvija, a novi rezultati istraživanja objavljuju se svake godine, postaju javni ili čine obaveznu certifikaciju shema i standarda. Inspector omogućava korisnicima da budu u toku s novim razvojem i redovitim ažuriranjima softvera koja uvode nove metode.

Izvor: habr.com