Откривање на ранливости и проценка на отпорот на хакерски напади на паметни картички и крипто процесори со вградена заштита

Во текот на изминатата деценија, покрај методите за вадење тајни или извршување други неовластени дејства, напаѓачите почнаа да користат ненамерно истекување на податоци и манипулација со извршувањето на програмата преку странични канали.

Традиционалните методи на напад може да бидат скапи во однос на знаењето, времето и моќта на процесирање. Нападите на страничните канали, од друга страна, можат полесно да се спроведат и да не се деструктивни бидејќи тие ги изложуваат или манипулираат физичките својства кои се достапни при нормална работа.

Со користење на статистички методи за обработка на мерења на страничните канали или со воведување дефекти во приватните канали на чипот, напаѓачот може да добие пристап до неговите тајни во рок од неколку часа.

Со повеќе од 5,000 милиони паметни картички кои се издаваат секоја година и новите вградени криптографски технологии кои влегуваат на пазарите, постои зголемена потреба да се обезбеди безбедност и на деловната и на приватноста.

Во Холандија, Riscure го создаде Inspector, кој им обезбедува на лабораториите за истражување и развој, како и на производителите нови, високо ефективни способности за откривање закани за безбедноста.

Системот Inspector Risk поддржува различни техники за анализа на странични канали (SCA), како што се анализа на потрошувачката на енергија (SPA/DPA), тајминг, RF, како и електромагнетна анализа (EMA) и напади на нарушувања (FI), како што се дефекти на напонот, дефекти на часовникот и ласерска манипулација. Вградената функционалност на системот поддржува бројни криптографски алгоритми, протоколи за апликација, интерфејси и инструменти.

Системот ви овозможува да проширите и имплементирате нови методи и сопствени апликации за откривање на пропусти.

Системот за анализа на страничните канали Inspector SCA вклучува:

• Power Tracer;
• инсталација на електромагнетна сонда ЕМ сонда станица;
• icWaves активирачки генератор;
• CleanWave филтер;
• тековна сонда Тековна сонда.

Меѓу главните „добрини“ можеме да ги истакнеме главните:

• Тоа е единствена, интегрирана алатка за анализа на страничните канали и тестирање за вбризгување на дефекти;
• Инспекторот ги исполнува барањата за тестирање на страничните канали потврдени со EMVco и CMVP заеднички критериуми;
• Тоа е отворено опкружување кое вклучува изворен код за модули, со што се овозможува модифицирање на постоечките методи и вклучување на нови методи за тестирање кои корисникот може да ги развие за Inspector;
• Стабилниот и интегриран софтвер и хардвер вклучуваат брзо стекнување податоци преку милиони траги;
• Шестмесечниот циклус на издавање на софтверот ги одржува корисниците во тек со најновите техники за тестирање на страничните канали на терен.

Инспекторот е достапен во различни верзии на една платформа:

• инспектор SCA ги нуди сите потребни опции за вршење анализа на страничните канали на DPA и EMA.
• инспектор Ф.И нуди целосна функционалност за вбризгување на дефекти (напади на пертурбации) како и анализа на диференцијални дефекти (DFA).
• Инспекторот Кор и С.П (Signal Processing) нуди основна функционалност на SCA имплементирана во посебни модули за да обезбеди пристапен софтверски пакет за стекнување податоци или пост-обработка.

инспектор SCA

Откако ќе се добијат резултатите од мерењето, достапни се различни техники за обработка на сигнали за генерирање на повеќе траги со висок сигнал и низок шум. Развиени се функции за обработка на сигнали кои ги земаат предвид суптилните разлики помеѓу EM-трагата, моќниот трага и обработката на сигналот за трага RF. Моќната графичка презентација на траги на инспекторот им овозможува на корисниците да вршат анализа на времето или да ги испитаат трагите, на пример, за ранливости на SPA.

Вршење на ДПА при спроведување на ECC

За многу безбедносни имплементации кои се сметаат за отпорни на SPA овие денови, фокусот на тестирањето обично е на методите за диференцијално тестирање (т.е. DPA/CPA). За таа цел, Inspector нуди широк опсег на методи за конфигурирање кои покриваат широк опсег на криптографски алгоритми и широко користени алгоритми како што се (3)DES, AES, RSA и ECC.

ЕМ зрачењето на чипот за да се најде најдобрата локација при спроведување на DEMA

Главни карактеристики

• Ова решение комбинира анализа на моќност (SPA/DPA/CPA), електромагнетни (SEMA/DEMA/EMA-RF) и методи за тестирање без контакт (RFA).
• Брзината на прибирање податоци е значително подобрена со цврстата интеграција на осцилоскопот со Inspector.
• Напредните техники за изедначување се користат за да се спречи нервоза на часовникот и рандомизација
• Корисникот може да конфигурира модули за криптоанализа кои поддржуваат примарни и напади од висок ред на сите главни алгоритми како што се (3)DES, AES, RSA и ECC.
• Се користи проширена поддршка за алгоритми специфични за домен, вклучувајќи SEED, MISTY1, DSA, вклучително и Camellia.

Хардвер

Покрај работната станица PC Inspector, SCA користи хардвер оптимизиран за податоци од странични канали и за добивање сигнал:

• Power Tracer за SPA/DPA/CPA на паметни картички
• ЕМ сонда станица за SEMA / DEMA / EMA RF
• Тековна сонда за SPA/DPA/CPA на вградени уреди
• CleanWave филтер со Micropross MP300 TCL1/2 за RFA и RF EMA
• IVI-компатибилен осцилоскоп

Објектите што се оценуваат често бараат мерења, префрлување и хардверска контрола кои се неопходни за извршување на SCA. Флексибилниот хардверски менаџер на Inspector, отворената развојна околина и широките опции за интерфејс обезбедуваат цврста основа за висококвалитетни мерења користејќи прилагоден хардвер.

инспектор SCA

Водечкиот инженер за внатрешна безбедност Џо Џон Конор вели за системот:
„Инспекторот направи револуција во начинот на кој ја оценуваме диференцијалната отпорност на нашите производи. напад на потрошувачката на енергија ДПА. Неговата сила лежи во фактот што ги интегрира процесите на собирање и анализа кои ни овозможуваат брзо да ја оцениме ефективноста на новите дизајни на криптографски хардвер. Покрај тоа, неговиот супериорен графички интерфејс му овозможува на корисникот да ги визуелизира енергетските потписи од собраните дискретни податоци поединечно или истовремено - од непроценливо значење кога се подготвуваат податоци за DPA за време на напад - додека неговите моќни аналитички библиотеки ги поддржуваат најчесто користените комерцијални алгоритми за шифрирање. Навремените ажурирања на софтверот и технологијата поддржани од Riscure ни помагаат да ја одржиме безбедноста на нашите производи“.

инспектор Ф.И

Inspector FI - Fault Injection - нуди широк опсег на функции за извршување на тестирање за вбризгување на дефекти на технологии за паметни картички и вградени уреди. Поддржани методи за тестирање вклучуваат дефекти на часовникот, напонски дефекти и оптички ласерски напади. Нападите со неисправно вбризгување - исто така познати како напади на пертурбација - го менуваат однесувањето на чипот, предизвикувајќи употреблив дефект.

Со Inspector FI, корисниците можат да тестираат дали клучот може да се извлече со предизвикување неуспеси во криптографските операции на чипот, заобиколувајќи проверка како автентикација или статус на животниот циклус или менување на тоа како програмата работи на чипот.

Широки опции за конфигурирање

Инспекторот FI вклучува голем број параметри кои можат да се конфигурираат од корисникот за програмско контролирање на префрлувањето и пречки, како што се импулси со различно времетраење, повторување на пулсот и промени на нивото на напон. Софтверот ги прикажува резултатите, прикажувајќи го очекуваното однесување, ресетирањето на картичката и неочекуваното однесување, заедно со деталното евидентирање. Модулите за напад на DFA се достапни за главните алгоритми за шифрирање. Користејќи го „волшебникот“, корисниците можат да креираат и сопствена програма за вознемирување со API.

Главни карактеристики

• Не-паралелна и лесно репродуктивна точност и тајминг за целиот хардвер што има проблеми.
• Напаѓајте сценарија за дизајнирање користејќи моќен команден систем и интегриран IDE Inspector.
• Широки опции за конфигурација на Inspector за автоматско тестирање за вбризгување на дефекти.
• Ласерска опрема за повеќе грешки на задната и предната страна на картичката, направена по нарачка за тестирање со методот на вбризгување на дефекти.
• DFA модули за имплементации на популарни алгоритми за шифрирање, вклучувајќи RSA, AES и 3DES
• Надградбата на ласер со повеќе точки дава можност да се влијае на микроциркулацијата на неколку места одеднаш.
• Синхронизацијата зависна од операцијата со помош на генераторот за активирање icWaves може да спречи контрамерки и да спречи губење на примерокот.

Хардвер

Inspector FI може да се користи со следните хардверски компоненти за извршување на напади:

• VC Glitcher со дополнителен засилувач на дефекти
• Диодна ласерска станица со опционална надградба на повеќе точки
• PicoScope 5203 или IVI-компатибилен осцилоскоп

Inspector FI со VC Glitcher, icWaves Trigger Generator, Glitch засилувач и ласерска станица

Генераторот VC Glitcher го формира јадрото на архитектурата за вбризгување на дефекти на системот Inspector. Користејќи ја ултра брзата FPGA технологија, може да се генерираат дефекти кратки од две наносекунди. Хардверот има програмски интерфејс лесен за користење. Неисправната програма создадена од корисникот се вчита во FPGA пред тестот. VC Glitcher вклучува интегрирано коло за воведување на напонски дефекти и дефекти на часовникот, како и излез на канал за контролирање на ласерската станица.

Диодната ласерска станица се состои од прилагодена низа на високомоќни диодни ласери со прилагодена оптика кои брзо и флексибилно се контролираат од VC Glitcher. Опремата го носи оптичкото тестирање на следното ниво со обезбедување на ефикасни повеќекратни грешки, прецизна контрола на моќноста и брз и предвидлив одговор за префрлување на пулсот.

Со надградба на диодната ласерска станица до верзија со повеќе точки, може да се тестираат повеќе области на чипот користејќи различни временски параметри и напонски напони.

Активирање базирано на сигнал со помош на генератор на активирање icWaves

Движењето на часовникот, случајните прекини на процесот и времетраењето на процесот зависно од податоци бараат флексибилно префрлување на дефекти и собирање податоци од страничниот канал. Генераторот icWaves на системот Inspector создава пулс за активирање како одговор на во реално време откривање на разликите од даден модел во напојувањето на чипот или EM сигналот. Уредот вклучува специјален филтер за засек за да се осигура дека совпаѓањето на моделот е откриено дури и при бучни сигнали.

Референтната трага што се користи за да се совпадне со моделот во уредот FPGA може да се измени со помош на функциите за обработка на сигналот на Инспекторот. Паметната картичка која открила инјектирање на дефект може да иницира заштитен механизам за отстранување на чувствителни податоци или блокирање на картичката. Компонентата icWaves може да се користи и за активирање на исклучување на картичката секогаш кога потрошувачката на енергија или EM профилот отстапува од стандардното работење.

Ласерска станица (LS) со опција за пристап до повеќе точки,
со микроскоп и табела со координати

Интегрирана развојна средина (IDE)

Околината за развој на Inspector е дизајнирана да обезбеди максимална флексибилност за корисникот да користи SCA и FI за која било намена.

• Отвори API: го олеснува имплементирањето на новите модули
• Изворен код: Секој модул доаѓа со сопствен изворен код, така што модулите може да се прилагодат на желбите на корисникот или да се користат како основа за создавање нови модули

инспектор Ф.И

Инспекторот ги комбинира техниките за вбризгување на дефекти и анализа на страничните канали во едно пакување со високи перформанси.

Пример за анализа на неуспешното однесување:

Областа на напади од странични канали брзо се развива, со нови наоди од истражувањата кои се објавуваат секоја година, стануваат јавно познати или сертифицирањето на шеми и стандарди е задолжително. Inspector им овозможува на корисниците да бидат во тек со новите случувања и редовните ажурирања на софтверот кои имплементираат нови техники.

Извор: www.habr.com