In het afgelopen decennium zijn aanvallers naast methoden voor het extraheren van geheimen of het uitvoeren van andere ongeoorloofde acties ook begonnen met onopzettelijke datalekken en manipulatie van het uitvoeringsproces van programma's via zijkanalen.
Traditionele aanvalsmethoden kunnen kostbaar zijn qua kennis, tijd en rekenkracht. Aanvallen via zijkanalen daarentegen kunnen gemakkelijker en niet-destructief worden uitgevoerd, aangezien ze fysieke eigenschappen gebruiken die beschikbaar zijn tijdens normaal functioneren.
Met behulp van statistische methoden voor het verwerken van metingen van zijkanalen of door het inbrengen van storingen in de afgesloten kanalen van de chip, kan een aanvaller binnen enkele uren toegang krijgen tot zijn geheimen.
Elk jaar worden er meer dan 5.000 miljoen smart cards geproduceerd, en er verschijnen nieuwe geïntegreerde cryptografische technologieën op de markt, waardoor de noodzaak om zowel de veiligheid van bedrijven als van particuliere gegevens te waarborgen toeneemt.
In Nederland heeft het bedrijf Riscure het systeem Inspector ontwikkeld, dat onderzoeks-laboratoria en fabrikanten nieuwe, effectieve middelen biedt om bedreigingen voor de beveiliging te detecteren.
Het Inspector-systeem van Riscure ondersteunt verschillende methoden voor de analyse van zijkanalen (SCA), zoals analyse van verbruikte stroom (SPA/DPA), synchronisatie, radiogolven, evenals elektromagnetische analyse (EMA) en storingaanvallen (FI), zoals spanningsstoringen, klokstoringen en manipulaties met lasers. De ingebouwde functies van het systeem ondersteunen tal van cryptografische algoritmen, toepassingsprotocollen, interfaces en meetinstrumenten.
Het systeem stelt u in staat om nieuwe methoden en eigen toepassingen voor het detecteren van kwetsbaarheden uit te breiden en te implementeren.
Het Inspector SCA-systeem voor het analyseren van zijkanalen omvat:
- stroomtraceerder Power Tracer;
- elektromagnetische sonde-installatie EM Probe Station;
- trigger-generator icWaves;
- CleanWave-filter;
- stroomsonde Current Probe.
De belangrijkste 'voordelen' zijn onder meer:
- Dit is een geïntegreerde tool voor zijkanaalanalyse en testen door storingen in te voeren;
- Inspector voldoet aan de eisen voor het uitvoeren van testen op zijkanalen, gecertificeerd door EMVco en CMVP volgens de algemene criteria;
- Dit is een open omgeving die de broncode van modules omvat, waardoor het mogelijk is bestaande methoden aan te passen en nieuwe testmethoden te integreren die door de gebruiker voor Inspector ontwikkeld kunnen worden;
- Stabiele en geïntegreerde software en hardware omvatten hoge snelheid gegevensverzameling van miljoenen tracés;
- Een zes maanden durende software-releasecyclus stelt gebruikers in staat om op de hoogte te blijven van de nieuwste testmethoden voor zijkanalen in het veld.
Inspector wordt uitgebracht in verschillende versies op één platform:
- Inspector SCA biedt alle benodigde opties voor het uitvoeren van analyses op zijkanalen DPA en EMA.
- Inspector FI biedt volledige functionaliteit voor foutinjectie (storing aanvallen), evenals differentiale foutanalyse (DFA).
- Inspector Core en SP (signaalverwerking) biedt de basisfunctionaliteit van SCA, gerealiseerd in de vorm van afzonderlijke modules, om een toegankelijke softwarebundel voor gegevensverzameling of latere verwerking te waarborgen.
Inspector SCA
Nadat de meetresultaten zijn verkregen, zijn verschillende signaalverwerkingsmethoden beschikbaar om een verscheidenheid aan tracés met hoge signaalniveaus en lage ruisniveaus te genereren. Signaalverwerkingsfuncties zijn ontwikkeld die rekening houden met subtiele verschillen tussen signaalverwerking van elektromagnetische tracés, stroomafname tracés en RF tracés. Krachtige grafische middelen voor het weergeven van tracés in Inspector stellen gebruikers in staat om tijdanalyse of validatie van tracés uit te voeren, bijvoorbeeld om kwetsbaarheden in SPA te controleren.
Uitvoering van DPA bij de implementatie van ECC
Voor veel veiligheidsimplementaties, die tegenwoordig als bestand tegen SPA worden beschouwd, ligt de focus tijdens het testen meestal op differentiële testmethoden (d.w.z. DPA/CPA). Daartoe biedt Inspector een breed scala aan configureerbare methoden, met betrekking tot een groot aantal cryptografische algoritmen en veelgebruikte algoritmen zoals (3)DES, AES, RSA en ECC.
EM-straling van de chip om de beste positionering bij de implementatie van DEMA te vinden
Belangrijkste kenmerken
- Deze oplossing combineert de analyse van stroomverbruik (SPA/DPA/CPA), elektromagnetische (SEMA/DEMA/EMA-RF) en contactloze testmethoden (RFA).
- De dataverzamelingssnelheid wordt aanzienlijk verhoogd door de nauwe integratie van de oscilloscoop met Inspector.
- Om jitter van klokpulsen en randomisatie te voorkomen, worden geavanceerde uitlijnmethoden toegepast.
- De gebruiker kan crypto-analysemodule configureren die primaire aanvallen en hoge-orde-aanvallen ondersteunen op alle belangrijke algoritmen, zoals (3)DES, AES, RSA en ECC.
- Er wordt uitgebreide ondersteuning geboden voor algoritmen die specifiek zijn voor verschillende domeinen, waaronder SEED, MISTY1, DSA, inclusief Camellia.
Hardware.
Naast de PC-werkstation gebruikt Inspector SCA hardware die is geoptimaliseerd voor het verzamelen van gegevens over zij- en signaalkanaal:
- Vermogenstracer (Power Tracer) voor SPA / DPA / CPA op smartcards.
- EM-probe station voor SEMA / DEMA / EMA RF.
- Stroomsonde (Current Probe) voor SPA / DPA / CPA op ingebedde apparaten.
- CleanWave-filter met Micropross MP300 TCL1/2 voor RFA en RF EMA.
- IVI-compatibele oscilloscoop.
De te evalueren objecten vereisen vaak metingen, schakelingen en hardwarebeheer, die nodig zijn voor het uitvoeren van SCA. De flexibele hardwaremanager van het Inspector-instrument, een open ontwikkelomgeving en brede interface-opties bieden een stevige basis voor hoogwaardige metingen met gebruikersapparatuur.
Inspector SCA
De leidinggevende ingenieur van interne veiligheid, Joh John Connor, heeft het volgende te zeggen over het systeem:
"Inspector heeft de manier waarop we de weerbaarheid van onze producten tegen differentiële DPA. De kracht ervan ligt in de integratie van verzameling en analyseprocessen, waarmee we snel de effectiviteit van nieuwe cryptografische hardwareprojecten kunnen beoordelen. Bovendien stelt de uitstekende grafische interface gebruikers in staat om het energieverbruik dataverbruik visueel weer te geven aan de hand van verzamelde discrete gegevens, individueel of gelijktijdig — wat van onschatbare waarde is bij het voorbereiden van gegevens voor DPA tijdens een aanval – terwijl de krachtige analysemethoden de meest gebruikte commerciële encryptie-algoritmen ondersteunen. Tijdige software- en technologie-updates, ondersteund door Riscure, helpen ons de veiligheid van onze producten te waarborgen.
Inspector FI
Inspector FI – Fault Injection – biedt een breed scala aan functies voor het testen van smartcards en embedded devices door middel van fault injection technieken. Ondersteunde testmethoden omvatten klokstoringen, spanningsstoringen en optische aanvallen met behulp van laserapparatuur. Fault injection-aanvallen, ook bekend als perturbatie-aanvallen, veranderen het gedrag van de chip, waardoor bruikbare storingen ontstaan.
Met Inspector FI kunnen gebruikers testen of ze een sleutel kunnen extraheren door storingen in de cryptografische operaties van de chip te veroorzaken, controle zoals authenticatie of levenscyclusstatus te omzeilen of het uitvoeringsproces van een programma op de chip te wijzigen.
Uitgebreide configureerbare opties
Inspector FI omvat een groot aantal gebruikersconfigureerbare parameters voor het softwarematig aansturen van schakelingen en verstoringen, zoals piekimpulsen van verschillende duur, impulsherhalingen en spanningsniveau veranderingen. De software presenteert resultaten, toont verwacht gedrag, kaartreset en onverwacht gedrag, samen met gedetailleerde logging. DFA-aanvalsmodule zijn beschikbaar voor de belangrijkste encryptie-algoritmen. Met de 'master' kunnen gebruikers ook een aangepaste perturbatie-programma maken met API.
Belangrijkste kenmerken
- Onafhankelijke en gemakkelijk reproduceerbare precisie en synchronisatie voor alle hardware voor foutinjectie (glitching).
- Aanval ontwerp scenario's, met gebruik van een krachtig commando systeem en geïntegreerde IDE Inspector.
- Uitgebreide configuratieopties van Inspector voor geautomatiseerd testen door middel van falen.
- Laserapparatuur voor multi-glitching met zowel de voor- als achterkant van de chip, op maat vervaardigd voor falentest.
- DFA-modules voor implementaties van populaire versleutelingsalgoritmen, waaronder RSA, AES en 3DES.
- Een upgrade naar een multi-punt laser biedt de mogelijkheid om een chip op meerdere locaties tegelijkertijd te beïnvloeden.
- Operationele afhankelijkheidssynchronisatie, met gebruik van de icWaves trigger generator, kan het toepassen van tegenmaatregelen voorkomen en verlies van monster uitsluiten.
Hardware.
Inspector FI kan worden gebruikt met de volgende hardwarecomponenten om aanvallen uit te voeren:
- VC Glitcher met een extra glitch versterker.
- Station met een diode laser met extra multi-punt upgrade.
- PicoScope 5203 of IVI-compatibele oscilloscoop.
Inspector FI met VC Glitcher glitch generator, icWaves trigger generator, Glitch Amplifier en Laser Station.
De VC Glitcher generator vormt de kernarchitectuur van het falen van het Inspector systeem. Door gebruik te maken van supersnelle FPGA-technologie kunnen afwijkingen worden gegenereerd met een duur van slechts twee nanoseconden. De hardware heeft een gebruiksvriendelijke programmeerinterface. Een door de gebruiker gemaakte glitch-programma wordt in de FPGA geladen voordat de test wordt uitgevoerd. De VC Glitcher omvat een geïntegreerde schakeling voor spannings- en klokpulssubstitutieafwijkingen, evenals een uitgangskanaal voor de controle van de laserstation.
Het diode laser station bestaat uit een speciale set krachtige diode lasers met op maat gemaakte optica, die snel en flexibel wordt aangestuurd door de VC Glitcher. De apparatuur tilt optisch testen naar een nieuw niveau, met effectieve meerdere glitches, nauwkeurige controle over het stroomverbruik en snelle, voorspelbare reacties voor het schakelen van pulsen.
Door de upgrade van het diode laser station naar een multi-punt versie kunnen meerdere gebieden op de chip worden getest met verschillende synchronisatie- en voedingsspanningsparameters.
Start gebaseerd op signalen met behulp van de trigger pulse generator icWaves
Jitter van klokpulsen, willekeurige onderbrekingen van het proces en datagebaseerde procesduur vereisen flexibele foutoverschakeling en verzamelen van zijkanaaldgegevens. De icWaves-generator van het Inspector-systeem genereert een triggerpul bij de detectie van realtime afwijkingen van het opgegeven model van de voedingsbron van de chip of het EM-signaal. Het apparaat bevat een speciale smalle bandfilter om modelovereenstemming te waarborgen, zelfs bij een ruisachtig signaal.
De referentietracering die wordt gebruikt voor vergelijking met het model binnen het op FPGA gebaseerde apparaat, kan worden aangepast met behulp van de signaalverwerkingsfuncties van Inspector. De smartcard die de fout invoert, kan een beschermingsmechanisme activeren om vertrouwelijke gegevens te verwijderen of de kaart te blokkeren. De icWaves-component kan ook worden gebruikt om de kaart elke keer uit te schakelen wanneer het energieverbruik of het EM-profiel afwijkt van de standaardwerking.
Laser station Laser Station (LS) met de optie voor multipoint toegang,
met microscoop en coördinatentafel
Geïntegreerde ontwikkelomgeving (IDE)
De ontwikkelomgeving van Inspector is ontworpen om maximale flexibiliteit te bieden aan de gebruiker die SCA en FI voor allerlei doeleinden toepast.
- Open API: vereenvoudigt de implementatie van nieuwe modules
- Broncode: elke module wordt geleverd met zijn eigen broncode, waardoor modules kunnen worden aangepast aan de wensen van de gebruiker of gebruikt kunnen worden als basis voor het creëren van nieuwe modules
Inspector FI
Inspector combineert foutinjectie en analysemethoden voor zijkanaal in één krachtige pakket.
Voorbeeld van foutgedragsanalyse:
Het gebied van zijkanaalanvallen ontwikkelt zich snel, en elk jaar worden nieuwe onderzoeksresultaten gepubliceerd, worden ze algemeen bekend of vereisen ze certificeringen van schema's en normen. Inspector stelt gebruikers in staat om op de hoogte te blijven van nieuwe ontwikkelingen en regelmatige software-updates die nieuwe methoden implementeren.
Bron: habr.com
