איתור נקודות תורפה והערכת ההתנגדות למתקפות האקרים של כרטיסים חכמים ומעבדי קריפטו עם הגנה מובנית

במהלך העשור האחרון, בנוסף לשיטות לחילוץ סודות או ביצוע פעולות לא מורשות אחרות, החלו התוקפים להשתמש בדליפת נתונים לא מכוונת ובמניפולציה של ביצוע תוכנית דרך ערוצים צדדיים.

שיטות תקיפה מסורתיות יכולות להיות יקרות מבחינת ידע, זמן וכוח עיבוד. התקפות ערוץ צדדי, לעומת זאת, יכולות להיות מיושמות בקלות רבה יותר ולא הרסניות מכיוון שהן חושפות או מתפעלות מאפיינים פיזיים הנגישים במהלך פעולה רגילה.

על ידי שימוש בשיטות סטטיסטיות לעיבוד מדידות ערוץ צדדי או על ידי החדרת תקלות לערוצים הפרטיים של השבב, תוקף יכול לקבל גישה לסודותיו תוך מספר שעות.

עם יותר מ-5,000 מיליון כרטיסים חכמים המונפקים מדי שנה וטכנולוגיות קריפטוגרפיות משובצות חדשות שנכנסות לשווקים, יש צורך גובר להבטיח את אבטחת העסקים והפרטיות כאחד.

בהולנד, Riscure יצרה את Inspector, המספקת למעבדות מחקר ופיתוח, כמו גם ליצרנים, יכולות חדשות ויעילות ביותר לזיהוי איומי אבטחה.

מערכת Inspector Risk תומכת בטכניקות שונות של ניתוח ערוץ צדדי (SCA) כגון ניתוח צריכת חשמל (SPA/DPA), תזמון, RF, כמו גם ניתוח אלקטרומגנטי (EMA) והתקפות הפרעות (FI) כגון תקלות מתח, תקלות שעון ו מניפולציה בלייזר. הפונקציונליות המובנית של המערכת תומכת באלגוריתמים קריפטוגרפיים רבים, פרוטוקולי יישומים, ממשקים ומכשור.

המערכת מאפשרת לך להרחיב וליישם שיטות חדשות ויישומים מותאמים אישית לאיתור נקודות תורפה.

מערכת ניתוח ערוצי הצד של Inspector SCA כוללת:

• Power Tracer;
• התקנה של תחנת בדיקה EM עם צלילים אלקטרומגנטיים;
• מחולל טריגר של icWaves;
• מסנן CleanWave;
• בדיקה נוכחית בדיקה נוכחית.

בין ה"טובים" העיקריים נוכל להדגיש את העיקריים שבהם:

• זהו כלי יחיד ומשולב לניתוח ערוץ צד ובדיקת הזרקת תקלות;
• המפקח עומד בדרישות בדיקת ערוץ צדדי של EMVco ו-CMVP Common Criteria;
• זוהי סביבה פתוחה הכוללת קוד מקור למודולים, ובכך מאפשרת לשנות שיטות קיימות ולכלול שיטות בדיקה חדשות שניתן לפתח על ידי המשתמש עבור Inspector;
• תוכנה וחומרה יציבים ומשולבים כוללים רכישת נתונים במהירות גבוהה על פני מיליוני עקבות;
• מחזור השחרור של התוכנה בן שישה חודשים שומר על המשתמשים מעודכנים בטכניקות העדכניות ביותר לבדיקת ערוצי צד בשטח.

Inspector זמין בגרסאות שונות בפלטפורמה אחת:

• מפקח SCA מציע את כל האפשרויות הדרושות לביצוע ניתוח ערוצי צד של DPA ו-EMA.
• המפקח פי מציע פונקציונליות מלאה של הזרקת תקלות (התקפות הפרעות) כמו גם ניתוח תקלות דיפרנציאלי (DFA).
• Inspector Core ו-SP (עיבוד אותות) מציע פונקציונליות ליבה של SCA המיושמת במודולים נפרדים כדי לספק חבילת תוכנה נגישה לרכישת נתונים או עיבוד לאחר.

מפקח SCA

לאחר השגת תוצאות המדידה, מגוון טכניקות עיבוד אותות זמינות ליצירת מספר עקבות של אות גבוה ורעש נמוך. פותחו פונקציות עיבוד אותות שלוקחות בחשבון את ההבדלים העדינים בין מעקב EM, עקבות כוח ועיבוד אותות RF. מצגת המעקב הגרפית העוצמתית של Inspector מאפשרת למשתמשים לבצע ניתוח תזמון או לבחון עקבות, למשל, עבור פרצות SPA.

ביצוע DPA בעת יישום ECC

עבור יישומי אבטחה רבים הנחשבים עמידים ל-SPA בימינו, המיקוד של הבדיקה הוא בדרך כלל בשיטות בדיקה דיפרנציאליות (כלומר, DPA/CPA). לשם כך, Inspector מציעה מגוון רחב של שיטות הניתנות להגדרה המכסות מגוון רחב של אלגוריתמים קריפטוגרפיים ואלגוריתמים בשימוש נרחב כגון (3)DES, AES, RSA ו-ECC.

קרינת EM של השבב כדי למצוא את המיקום הטוב ביותר בעת יישום DEMA

תכונות עיקריות

• פתרון זה משלב ניתוח הספק (SPA/DPA/CPA), אלקטרומגנטי (SEMA/DEMA/EMA-RF) ושיטות בדיקה ללא מגע (RFA).
• מהירות רכישת הנתונים משתפרת מאוד על ידי האינטגרציה ההדוקה של האוסילוסקופ עם Inspector.
• נעשה שימוש בטכניקות שוויון מתקדמות למניעת ריצוד שעון ואקראי
• המשתמש יכול להגדיר מודולי ניתוח הצפנה התומכים בהתקפות ראשוניות ומסדר גבוה על כל האלגוריתמים העיקריים כגון (3)DES, AES, RSA ו-ECC.
• נעשה שימוש בתמיכה מורחבת באלגוריתמים ספציפיים לתחום, כולל SEED, MISTY1, DSA, כולל Camellia.

חוּמרָה

בנוסף לתחנת העבודה של PC Inspector, SCA משתמשת בחומרה המותאמת לנתוני ערוץ צד ורכישת אותות:

• Power Tracer עבור SPA/DPA/CPA בכרטיסים חכמים
• תחנת בדיקה EM עבור SEMA / DEMA / EMA RF
• בדיקה נוכחית עבור SPA/DPA/CPA במכשירים משובצים
• פילטר CleanWave עם Micropross MP300 TCL1/2 עבור RFA ו-RF EMA
• אוסילוסקופ תואם IVI

האובייקטים הנבדקים דורשים לעתים קרובות מדידות, מיתוג ובקרת חומרה הדרושים לביצוע SCA. מנהל החומרה הגמיש של Inspector, סביבת הפיתוח הפתוחה ואפשרויות הממשק הנרחבות מספקים בסיס איתן למדידות באיכות גבוהה באמצעות חומרה מותאמת אישית.

מפקח SCA

מהנדס אבטחת הפנים הראשי ג'ון ג'ון קונור אומר על המערכת:
"מפקח חולל מהפכה באופן שבו אנו מעריכים את ההתנגדות הדיפרנציאלית של המוצרים שלנו. התקפת צריכת אנרגיה DPA. כוחו טמון בעובדה שהוא משלב תהליכי איסוף וניתוח המאפשרים לנו להעריך במהירות את האפקטיביות של עיצובי חומרה קריפטוגרפיים חדשים. יתרה מזאת, הממשק הגרפי המעולה שלו מאפשר למשתמש לדמיין חתימות אנרגיה מנתונים נפרדים שנאספו בנפרד או בו זמנית - בעל ערך רב בעת הכנת נתונים עבור DPA במהלך התקפה - בעוד שספריות האנליטיקה החזקות שלו תומכות באלגוריתמי ההצפנה המסחריים הנפוצים ביותר. עדכוני תוכנה וטכנולוגיה בזמן הנתמכים על ידי Riscure עוזרים לנו לשמור על אבטחת המוצרים שלנו."

המפקח פי

Inspector FI - הזרקת תקלות - מציע מגוון רחב של תכונות לביצוע בדיקות הזרקת תקלות בטכנולוגיות של כרטיס חכם ומכשיר משובץ. שיטות הבדיקה הנתמכות כוללות תקלות שעון, תקלות מתח והתקפות לייזר אופטי. התקפות הזרקת תקלות - הידועות גם בשם התקפות הפרעות - משנות את ההתנהגות של שבב, וגורמות לכשל שמיש.

בעזרת Inspector FI, משתמשים יכולים לבדוק האם ניתן לחלץ מפתח על ידי גרימת כשלים בפעולות ההצפנה של השבב, עקיפת בדיקה כגון אימות או מצב מחזור חיים, או שינוי אופן הפעלת התוכנית על השבב.

אפשרויות נרחבות להגדרה

Inspector FI כולל מספר רב של פרמטרים הניתנים להגדרה על-ידי המשתמש כדי לשלוט באופן תכנותי על מיתוג והפרעות כגון פולסים במשך משתנה, חזרת פולסים ושינויים ברמת המתח. התוכנה מציגה את התוצאות, מציגה התנהגות צפויה, איפוסי כרטיסים והתנהגות בלתי צפויה, יחד עם רישום מפורט. מודולי התקפת DFA זמינים עבור אלגוריתמי הצפנה עיקריים. באמצעות "אשף", משתמשים יכולים גם ליצור תוכנית הפרעות מותאמת אישית עם ה-API.

תכונות עיקריות

• דיוק ותזמון לא מקביל וניתן לשחזור בקלות עבור כל החומרה התקלה.
• תקיפה של תרחישי עיצוב באמצעות מערכת פקודה חזקה ומפקח IDE משולב.
• אפשרויות תצורת Inspector נרחבות לבדיקת הזרקת תקלות אוטומטית.
• ציוד לייזר לריבוי תקלות בצדדים האחוריים והקדמיים של הכרטיס, בהתאמה אישית לבדיקה בשיטת הזרקת תקלות.
• מודולי DFA להטמעות של אלגוריתמי הצפנה פופולריים, כולל RSA, AES ו-3DES
• שדרוג ללייזר רב-נקודתי מספק הזדמנות להשפיע על המיקרו-מעגל בכמה מקומות בו-זמנית.
• סנכרון תלוי פעולה באמצעות מחולל ההדק של icWaves יכול למנוע אמצעי נגד ולמנוע אובדן דגימה.

חוּמרָה

ניתן להשתמש ב-Inspector FI עם רכיבי החומרה הבאים לביצוע התקפות:

• VC Glitcher עם מגבר תקלות נוסף
• תחנת לייזר דיודה עם שדרוג רב נקודות אופציונלי
• אוסילוסקופ תואם PicoScope 5203 או IVI

Inspector FI עם VC Glitcher, icWaves Trigger Generator, מגבר תקלות ותחנת לייזר

מחולל ה-VC Glitcher מהווה את הליבה של ארכיטקטורת הזרקת התקלות של מערכת Inspector. באמצעות טכנולוגיית FPGA מהירה במיוחד, ניתן ליצור תקלות קצרות כמו שתי ננו-שניות. לחומרה יש ממשק תכנות ידידותי למשתמש. התוכנית הפגומה שנוצרה על ידי המשתמש נטענת ל-FPGA לפני הפעלת המבחן. ה-VC Glitcher כולל מעגל משולב להחדרת תקלות מתח ותקלות שעון, וכן פלט ערוץ לשליטה בתחנת הלייזר.

תחנת הלייזר דיודה מורכבת ממערך מותאם אישית של לייזרים דיודות בעוצמה גבוהה עם אופטיקה מותאמת אישית שנשלטים במהירות ובגמישות על ידי ה-VC Glitcher. הציוד לוקח את הבדיקות האופטיות לשלב הבא על ידי אספקת ריבוי תקלות יעיל, בקרת הספק מדויקת ותגובה מהירה וצפויה למעבר דופק.

על ידי שדרוג תחנת הלייזר של הדיודה לגרסה מרובת נקודות, ניתן לבדוק מספר אזורים בשבב באמצעות פרמטרים שונים של תזמון ומתחי אספקה.

הפעלה מבוססת אותות באמצעות מחולל ההפעלה של icWaves

ריצוד שעון, הפסקות תהליכים אקראיות ומשך תהליך תלוי נתונים דורשים החלפת תקלות גמישה ואיסוף נתונים בערוץ צדדי. מחולל ה-icWaves של מערכת Inspector יוצר פולס טריגר בתגובה לזיהוי בזמן אמת של הבדלים מדגם נתון באספקת החשמל של השבב או באות ה-EM. המכשיר כולל מסנן חריץ מיוחד כדי להבטיח התאמת דגם מזוהה גם באותות רועשים.

ניתן לשנות את עקבות ההתייחסות המשמשים להתאמת הדגם בתוך התקן ה-FPGA באמצעות פונקציות עיבוד האותות של המפקח. כרטיס חכם שזיהה הזרקת תקלה יכול להפעיל מנגנון הגנה להסרת נתונים רגישים או לחסום את הכרטיס. ניתן להשתמש ברכיב icWaves גם כדי להפעיל כיבוי כרטיס בכל פעם שצריכת החשמל או פרופיל ה-EM חורג מהפעולה הרגילה.

תחנת לייזר (LS) עם אפשרות גישה מרובה נקודות,
עם מיקרוסקופ וטבלת קואורדינטות

סביבת פיתוח משולבת (IDE)

סביבת הפיתוח של Inspector נועדה לספק גמישות מרבית עבור המשתמש להשתמש ב-SCA ו-FI לכל מטרה.

• Open API: מקל על הטמעת מודולים חדשים
• קוד מקור: כל מודול מגיע עם קוד מקור משלו, כך שניתן להתאים את המודולים לרצון המשתמש או להשתמש בהם כבסיס ליצירת מודולים חדשים

המפקח פי

Inspector משלב טכניקות הזרקת תקלות וניתוח ערוץ צד בחבילה אחת בעלת ביצועים גבוהים.

דוגמה לניתוח התנהגות כישלון:

תחום התקפות ערוצים צדדיים מתפתח במהירות, כאשר ממצאי מחקר חדשים מתפרסמים מדי שנה, הופכים ידועים בציבור, או מחייבים אישור של תוכניות ותקנים. Inspector מאפשר למשתמשים להתעדכן בפיתוחים חדשים ובעדכוני תוכנה שוטפים המיישמים טכניקות חדשות.

מקור: www.habr.com