W ciągu ostatniej dekady oprócz metod wydobywania tajemnic czy wykonywania innych nieautoryzowanych działań, atakujący zaczęli stosować niezamierzoną utratę danych oraz manipulację procesem wykonywania programów poprzez kanały boczne.
Tradycyjne metody ataku mogą być kosztowne pod względem wiedzy, czasu i mocy obliczeniowej. Ataki kanałów bocznych mogą być z kolei łatwiejsze do zrealizowania i nieinwazyjne, gdyż ujawniają lub kontrolują fizyczne właściwości dostępne w czasie normalnego działania.
Dzięki statystycznym metodom przetwarzania pomiarów kanału bocznego lub wprowadzając błędy do zamkniętych kanałów układu, atakujący może uzyskać dostęp do jego tajemnic w ciągu kilku godzin.
Co roku wydaje się ponad 5 miliardów kart smart, na rynkach pojawiają się nowe technologie kryptograficzne, więc wzrasta potrzeba zapewnienia bezpieczeństwa zarówno w biznesie, jak i w życiu prywatnym.
W Holandii firma Riscure stworzyła system Inspector, który oferuje laboratoriom badawczym oraz producentom nowe, wydajne narzędzia do wykrywania zagrożeń dla zapewnienia bezpieczeństwa.
System Inspector Riscure wspiera różne metody analizy kanałów bocznych (SCA), takie jak analiza poboru mocy (SPA/DPA), synchronizacja, radiowa częstotliwość, jak również analiza elektromagnetyczna (EMA) oraz ataki zakłócające (FI), takie jak przepięcia, uszkodzenia taktowania i manipulacje laserowe. Wbudowane funkcje systemu obsługują liczne algorytmy kryptograficzne, protokoły aplikacyjne, interfejsy oraz urządzenia pomiarowe.
System pozwala na rozszerzanie i wdrażanie nowych metod oraz własnych aplikacji do wykrywania podatności.
W systemie analizy kanałów bocznych Inspector SCA znajdują się:
- tracer poboru mocy Power Tracer;
- stacja elektromagnetycznego sondowania EM Probe Station;
- generator impulsów icWaves;
- filtr CleanWave;
- sonda prądowa Current Probe.
Spośród głównych „przyjemności” można wyróżnić następujące:
- To zintegrowane narzędzie do analizy kanałów bocznych i testowania poprzez wprowadzanie zakłóceń;
- Inspector spełnia wymagania w zakresie przeprowadzania testów kanałów bocznych, certyfikowanych przez EMVco oraz CMVP w oparciu o wspólne kryteria;
- To otwarte środowisko, które obejmuje kod źródłowy modułów, co pozwala na modyfikację istniejących metod oraz wdrażanie nowych metod testowania, które mogą być rozwijane przez użytkownika dla Inspektora;
- Stabilne i zintegrowane oprogramowanie i sprzęt obejmuje szybkie pozyskiwanie danych z milionów śladów;
- Sześciomiesięczny cykl wydania oprogramowania pozwala użytkownikom być na bieżąco z najnowszymi metodami testowania kanałów pobocznych w warunkach terenowych.
Inspector jest dostępny w różnych wersjach na jednej platformie:
- Inspector SCA oferuje wszystkie niezbędne opcje do analizy kanałów bocznych DPA i EMA.
- Inspector FI oferuje pełną funkcjonalność do generowania błędów (ataków zakłócających) oraz różnicowej analizy awarii (DFA).
- Inspector Core i SP (przetwarzanie sygnałów) oferuje podstawową funkcjonalność SCA, realizowaną w postaci oddzielnych modułów, aby zapewnić dostępny pakiet oprogramowania do zbierania danych lub dalszego przetwarzania.
Inspector SCA
Po uzyskaniu wyników pomiarów dostępne są różnorodne metody przetwarzania sygnałów do tworzenia wielu śladów o wysokim poziomie sygnału i niskim poziomie szumów. Opracowano funkcje przetwarzania sygnałów, które uwzględniają subtelne różnice między przetwarzaniem sygnałów elektromagnetycznych, śladów zużycia energii a śladem RF. Potężne narzędzia wizualizacji śladów w Inspectorze pozwalają użytkownikom na analizę czasową lub weryfikację śladów, na przykład w celu wykrywania podatności SPA.
Wykonanie DPA przy implementacji ECC
Dla wielu implementacji bezpieczeństwa, które uważane są obecnie za odporne na SPA, główną uwagę podczas testowania zwykle poświęca się metodom testowania różnicowego (tj. DPA/CPA). W tym celu Inspector oferuje szeroki zestaw konfigurowalnych metod związanych z wieloma algorytmami kryptograficznymi oraz takimi powszechnie używanymi algorytmami, jak (3)DES, AES, RSA i ECC.
EM emisja chipu w celu znalezienia najlepszego miejsca przy realizacji DEMA
Główne cechy
- To rozwiązanie łączy analizę zużycia energii (SPA/DPA/CPA), elektromagnetycznych (SEMA/DEMA/EMA-RF) oraz bezkontaktowych metod testowania (RFA).
- Szybkość zbierania danych znacznie zwiększa ścisła integracja oscyloskopu z Inspector.
- Aby zapobiec jitterowi impulsów zegarowych i losowości, stosowane są zaawansowane metody synchronizacji.
- Użytkownik może konfigurować moduły kryptanalityczne wspierające ataki podstawowe oraz ataki wyższego rzędu na wszystkich głównych algorytmach, takich jak (3)DES, AES, RSA i ECC.
- Wykorzystywane jest rozszerzone wsparcie dla algorytmów specyficznych dla różnych dziedzin, w tym SEED, MISTY1, DSA, łącznie z Camellia.
Sprzęt
Oprócz stacji roboczej PC, Inspector korzysta z sprzętu zoptymalizowanego do danych bocznych kanałów i zbierania sygnałów:
- Tracer energii (Power Tracer) dla SPA/DPA/CPA na kartach inteligentnych
- Stacja EM (EM Probe station) dla SEMA/DEMA/EMA RF
- Sonda prądowa (Current Probe) dla SPA/DPA/CPA w urządzeniach wbudowanych
- Filtr CleanWave z Micropross MP300 TCL1/2 dla RFA i RF EMA
- Oscyloskop zgodny z IVI
Ocene wymagają często pomiarów, przełączeń i zarządzania sprzętem, co jest niezbędne do realizacji SCA. Elastyczny menedżer sprzętu narzędzia Inspector, otwarte środowisko programistyczne i szerokie opcje interfejsów zapewniają solidną podstawę dla wysokiej jakości pomiarów przy użyciu sprzętu użytkownika.
Inspector SCA
Główny inżynier ds. bezpieczeństwa wewnętrznego Joh John Connor tak opisuje system:
„Inspector zasadniczo zmienił sposób, w jaki oceniamy odporność naszych produktów na różnicowanie DPA. Jego siła polega na integracji procesów zbierania i analizy, co pozwala nam szybko ocenić efektywność nowych projektów sprzętu kryptograficznego. Co więcej, jego doskonały interfejs graficzny pozwala użytkownikowi wizualizować sygnały zużycia energii na podstawie zebranych danych dyskretnych, zarówno indywidualnie, jak i jednocześnie — co jest nieocenione podczas przygotowywania danych do DPA w trakcie ataku – podczas gdy jego potężne biblioteki analityczne wspierają najczęściej używane komercyjne algorytmy szyfrowania. Terminowe aktualizacje oprogramowania i technologii, wspierane przez firmę Riscure, pomagają nam utrzymać bezpieczeństwo naszych produktów.
Inspector FI
Inspector FI – wstrzykiwanie błędów (Fault Injection) – oferuje szeroki zestaw funkcji do testowania metodą wstrzykiwania błędów w technologiach kart inteligentnych i urządzeń wbudowanych. Obsługiwane metody testowania obejmują wstrzykiwanie błędów impulsów zegarowych, wstrzykiwanie błędów napięcia oraz ataki optyczne z wykorzystaniem sprzętu laserowego. Ataki wstrzykujące błędy – znane również jako ataki zakłócające – modyfikują zachowanie układu scalonego, powodując wadliwe działanie.
Za pomocą Inspector FI użytkownicy mogą przetestować, czy można wydobyć klucz, powodując błędy w kryptograficznych operacjach układu scalonego, omijając kontrole, takie jak uwierzytelnianie lub stan cyklu życia, lub zmieniając proces wykonywania programu na układzie scalonym.
Rozbudowane opcje konfigurowalne
Inspector FI zawiera wiele konfigurowalnych opcji umożliwiających programowe zarządzanie przełącznikami i zakłóceniami, takimi jak szczytowe impulsy o różnej długości, powtarzanie impulsów oraz zmiany poziomu napięcia. Oprogramowanie prezentuje wyniki, pokazując oczekiwane zachowanie, resetowanie karty oraz niespodziewane zachowanie, wraz z szczegółowym rejestrowaniem. Moduły ataku DFA są dostępne dla głównych algorytmów szyfrowania. Używając „mastera”, użytkownicy mogą także stworzyć własny program zakłóceń z API.
Główne cechy
- Jednolitość i łatwa reprodukcja precyzji oraz synchronizacji dla wszystkich sprzętów wprowadzających błędy (glitching).
- Scenariusze projektowania ataków z wykorzystaniem potężnego systemu poleceń i zintegrowanych IDE Inspector.
- Rozbudowane opcje konfiguracji Inspector do automatyzacji testów metodą wstrzykiwania błędów.
- Sprzęt laserowy do multi-glitchingu, zaprojektowany na specjalne zamówienie użytkownika, do testów metodą wstrzykiwania błędów.
- Moduły DFA do realizacji popularnych algorytmów szyfrowania, w tym RSA, AES i 3DES.
- Ulepszony laser wielopunktowy umożliwia oddziaływanie na chip w wielu miejscach jednocześnie.
- Zależna od operacji synchronizacja, z użyciem generatory triggera icWaves, może zapobiec przyjęciu środków przeciwdziałających i nie dopuścić do utraty niezbędnych próbek.
Sprzęt
Inspector FI może być używany z następującymi komponentami sprzętowymi do przeprowadzenia ataków:
- VC Glitcher z dodatkowym wzmacniaczem błędów.
- Stacja laserowa diodowa z dodatkowym aktualizowaniem wielopunktowym.
- PicoScope 5203 lub oscyloskop zgodny z IVI.
Inspector FI z generatorem błędów VC Glitcher, generatorem triggera icWaves, wzmacniaczem błędów Glitch Amplifier oraz stacją laserową Laser Station.
Generator VC Glitcher stanowi jądro architektury wstrzykiwania błędów w systemie Inspector. Dzięki technologii FPGA o ultra szybkim czasie reakcji, można generować błędy trwające zaledwie dwie nanosekundy. Sprzęt dysponuje przyjaznym dla użytkownika interfejsem programowania. Program z błędami, stworzony przez użytkownika, jest ładowany do FPGA przed rozruchem testowym. VC Glitcher zawiera układ scalony do wprowadzania błędów napięcia i błędów taktowania, a także wyjście kanału do sterowania stacją laserową.
Stacja laserowa diodowa składa się z specjalnego zestawu mocnych laserów diodowych z dostosowaną optyką, która jest szybko i elastycznie kontrolowana przez VC Glitcher. Sprzęt podnosi optyczne testowanie na nowy poziom, zapewniając wydajne wiele błędów, precyzyjne zarządzanie poborem mocy oraz szybki i przewidywalny czas reakcji na impuls.
Dzięki modernizacji stacji laserowej diodowej do wersji wielopunktowej, można testować kilka obszarów na chipie z użyciem różnych parametrów synchronizacji i napięcia zasilania.
Uruchomienie na podstawie sygnałów z wykorzystaniem generatora impulsów icWaves
Jitter sygnałów taktu, losowe przerwania procesu i czas trwania procesu zależny od danych wymagają elastycznego przełączania awarii i zbierania danych z bocznego kanału. Generator icWaves systemu Inspector generuje impuls wyzwalający w odpowiedzi na wykrycie w czasie rzeczywistym odchyleń od wzorca określonego w zasilaniu układu scalonego lub sygnale EM. Urządzenie zawiera specjalny filtr wąskopasmowy, aby zapewnić wykrywanie zgodności z modelem, nawet w przypadku zaszumionego sygnału.
Referencyjne śledzenie, używane do porównywania z modelem wewnątrz urządzenia opartego na FPGA, może być modyfikowane z wykorzystaniem funkcji przetwarzania sygnałów Inspector. Smart karta, która wykryła wystąpienie awarii, może zainicjować mechanizm ochrony, aby usunąć poufne dane lub zablokować kartę. Moduł icWaves może być również używany do inicjowania wyłączenia karty za każdym razem, gdy zużycie energii lub profil EM odbiegają od standardowej pracy.
Stacja laserowa Laser Station (LS) z opcją dostępu wielopunktowego,
z mikroskopem i stołem koordynacyjnym
Zintegrowane środowisko programistyczne (IDE)
Środowisko rozwoju Inspector zostało zaprojektowane w celu zapewnienia maksymalnej elastyczności użytkownikowi wykorzystującemu SCA i FI do różnych celów.
- Otwarty API: ułatwia implementację nowych modułów
- Kod źródłowy: każdy moduł dostarczany jest z własnym kodem źródłowym, dzięki czemu moduły mogą być dostosowywane do potrzeb użytkownika lub wykorzystywane jako baza do tworzenia nowych modułów
Inspector FI
Inspector łączy w sobie wprowadzanie awarii oraz metody analizy bocznego kanału w jednym wysoko wydajnym pakiecie.
Przykład analizy zachowania awarii:
Obszar ataków przy użyciu bocznych kanałów szybko się rozwija, a nowe wyniki badań publikowane są każdego roku, stają się powszechnie znane lub wymuszają certyfikację schematów i standardów. Inspector pozwala użytkownikom być na bieżąco z nowymi opracowaniami oraz regularnymi aktualizacjami oprogramowania, które wdrażają nowe metody.
Źródło: habr.com
