Detectarea vulnerabilităților și evaluarea rezistenței la atacurile hackerilor asupra cardurilor inteligente și criptoprocesoarelor cu protecție încorporată

În ultimul deceniu, pe lângă metodele de extragere a secretelor sau de realizare a altor acțiuni neautorizate, atacatorii au început să aplice scurgeri involuntare de date și manipularea procesului de execuție a programelor prin canale laterale.

Metodele tradiționale de atac pot fi costisitoare în termeni de cunoștințe, timp și putere de calcul. Atacurile prin canale laterale, pe de altă parte, pot fi mai ușor de implementat și non-invazive, deoarece acestea utilizează sau controlează proprietățile fizice disponibile în timpul funcționării normale.

Prin utilizarea metodelor statistice de procesare a măsurătorilor canalului lateral sau introducând erori în canalele închise ale circuitelor integrate, atacatorul poate avea acces la secretele acestora în câteva ore.

Anual, sunt emise mai mult de 5.000 de milioane de carduri inteligente, iar pe piețe apar noi tehnologii criptografice încorporate, ceea ce crește necesitatea de a asigura securitatea atât pentru companii, cât și pentru viața privată.

În Olanda, compania Riscure a creat sistemul Inspector, care oferă laboratoarelor de cercetare, precum și producătorilor, noi mijloace de detectare a amenințărilor pentru asigurarea securității.

Sistemul Inspector de la Riscure suportă diverse metode de analiză a canalelor laterale (SCA), cum ar fi analiza consumului de putere (SPA/DPA), sincronizare, radiofrecvențe, precum și analiza electromagnetică (EMA) și atacuri de perturbare (FI), cum ar fi erori de tensiune, erori de puls de ceas și manipulări cu laserul. Funcțiile încorporate ale sistemului suportă numeroase algoritmi criptografici, protocoale aplicații, interfețe și instrumente de măsurare.

Sistemul vă permite să extindeți și să implementați noi metode și aplicații proprii pentru detectarea vulnerabilităților.

Sistemul de analiză a canalelor laterale Inspector SCA include:

• tracerul de consum de putere Power Tracer;
• stația de sondare electromagnetică EM Probe Station;
• generatorul de trigger icWaves;
• filtrul CleanWave;
• sonda de curent Current Probe.

Printre principalele „beneficii” se numără cele mai importante:

• Este este un instrument integrat unic pentru analiza canalelor laterale și testare prin introducerea de erori;
• Inspectorul îndeplinește cerințele de efectuare a testelor de canale laterale, certificate EMVco și CMVP conform criteriilor generale;
• Este un mediu deschis care include codul sursă al modulelor, permițând astfel modificarea metodelor existente și includerea de noi metode de testare care pot fi dezvoltate de utilizator pentru Inspector;
• Software stabil și integrat, care include colectare de date de mare viteză pe milioane de trasări;
• Ciclul de lansare a software-ului de șase luni permite utilizatorilor să fie la curent cu cele mai recente metode de testare a canalelor laterale în condiții de teren.

Inspectorul este disponibil în diferite versiuni pe o platformă unificată:

• Inspector SCA oferă toate opțiunile necesare pentru a efectua analize pe canalele laterale DPA și EMA.
• Inspector FI oferă funcționalitate completă pentru introducerea de erori (atacuri de perturbare) și, de asemenea, analize diferențiale ale erorilor (DFA).
• Inspector Core și SP (procesare semnale) oferă funcționalitatea de bază SCA, implementată sub formă de module separate, pentru a oferi un pachet software accesibil pentru colectarea datelor sau procesarea ulterioară.

Inspector SCA

După obținerea rezultatelor măsurării, devin disponibile diferite metode de procesare a semnalelor pentru a genera multiple trasări cu un nivel ridicat al semnalelor și un nivel scăzut al zgomotelor. Au fost dezvoltate funcții de procesare a semnalelor care iau în considerare diferențele subtile între procesarea semnalelor de trasare electromagnetică, trasarea consumului de putere și trasarea RF. Instrumentele grafice puternice de vizualizare a trasărilor din Inspector permit utilizatorilor să efectueze analize temporale sau verificări ale trasărilor, de exemplu, pentru a identifica vulnerabilitățile SPA.

Executarea DPA în implementarea ECC

Pentru multe implementări de securitate care sunt considerate în prezent rezistente la SPA, accentul principal în testare este de obicei pus pe metodele diferențiale de testare (adică DPA / CPA). În acest scop, Inspectorul oferă un set larg de metode configurabile, referitoare la un număr mare de algoritmi cripto și algoritmi larg utilizați, precum (3)DES, AES, RSA și ECC.

EM radiația circuitului pentru a determina cea mai bună amplasare în implementarea DEMA

Caracteristici principale

• Această soluție combină analiza puterii consumate (SPA/DPA/CPA), metodele electromagnetice (SEMA/DEMA/EMA-RF) și metodele de testare fără contact (RFA).
• Viteza de colectare a datelor este semnificativ crescută prin integrarea strânsă a osciloscopului cu Inspector.
• Pentru a preveni jitter-ul impulsurilor de ceas și randomizarea, se aplică metode avansate de aliniere.
• Utilizatorul poate configura modulele de criptanaliză care suportă atacuri de bază și atacuri de ordin înalt pe toate algoritmii principali, cum ar fi (3)DES, AES, RSA și ECC.
• Se utilizează suport extins pentru algoritmi specifici domeniilor, inclusiv SEED, MISTY1, DSA, inclusiv Camellia.

Echipamente hardware

Pe lângă stația de lucru PC, Inspector utilizează echipamente hardware optimizate pentru canalele laterale de date și colectarea semnalelor:

• Trasorul de putere (Power Tracer) pentru SPA / DPA / CPA pe carduri inteligente
• Stația de sondare EM (EM Probe station) pentru SEMA / DEMA / EMA RF
• Sonda de curent (Current Probe) pentru SPA / DPA / CPA pe dispozitive integrate
• Filtru CleanWave cu Micropross MP300 TCL1/2 pentru RFA și EMA RF
• Osciloscop IVI-compatibil

Obiectele evaluate necesită adesea măsurători, comutări și control al echipamentelor hardware, necesare pentru realizarea SCA. Managementul flexibil al echipamentelor hardware, mediul deschis de dezvoltare și opțiunile extinse de interfatare asigură o bază solidă pentru măsurători de înaltă calitate utilizând echipamentul utilizatorului.

Inspector SCA

Inginerul-șef al securității interne Joh John Connor descrie sistemul astfel:
„Inspector a schimbat fundamental modul în care evaluăm rezistența produselor noastre la atacul diferențial prin consumul de energie“ DPA. Puterea sa constă în integrarea proceselor de colectare și analiză, permițându-ne să evaluăm rapid eficiența noilor proiecte de hardware criptografic. În plus, interfața grafică excelentă le permite utilizatorilor să vizualizeze semnăturile consumului de energie pe datele discrete colectate individual sau simultan – ceea ce este indispensabil în pregătirea datelor pentru DPA în timpul unui atac – în timp ce bibliotecile sale analitice puternice susțin cele mai frecvent utilizate algoritmi comerciali de criptare. Actualizările software și tehnologii de încredere, susținute de Riscure, ne ajută să menținem securitatea produselor noastre.

Inspector FI

Inspector FI – Injecție de erori – oferă un set variat de funcții pentru a efectua teste prin metoda injecției de erori în tehnologiile de carduri inteligente și dispozitive încorporate. Metodele de testare suportate includ erori în impulsurile de ceas, erori de tensiune și atacuri optice folosind echipamente laser. Atacurile prin injecție de erori – cunoscute și sub denumirea de atacuri prin perturbare – modifică comportamentul cipului, provocând o defectare utilizabilă.

Cu ajutorul Inspector FI, utilizatorii pot testa dacă se poate extrage o cheie prin provocarea de erori în operațiunile criptografice ale cipului, eludând verificări precum autentificarea sau starea ciclului de viață, sau modificând procesul de execuție al programului pe cip.

Opțiuni configurabile extinse

Inspector FI include un număr mare de parametri personalizabili pentru controlul programatic al comutatoarelor și perturbărilor, cum ar fi impulsurile de vârf de diferite durate, repetarea impulsurilor și variațiile nivelului de tensiune. Software-ul prezintă rezultatele, arătând comportamentul așteptat, resetează cardurile și comportamentele neașteptate, împreună cu o înregistrare detaliată. Modulele de atac DFA sunt disponibile pentru algoritmi de criptare de bază. Folosind „master”, utilizatorii pot în plus crea un program personalizat de perturbare cu API.

Caracteristici principale

• Precizie și sincronizare neparalele și ușor reproducibile pentru toate echipamentele de injecție de erori (glitching).
• Scenarii de proiectare a atacurilor folosind un sistem de comenzi puternic și IDE-uri integrate Inspector.
• Opțiuni extinse de configurare Inspector pentru testarea automată prin introducerea de erori.
• Echipamente laser pentru multi-glitching cu latura din față și din spate a plăcii, fabricate la comanda utilizatorului pentru testarea prin introducerea de erori.
• Module DFA pentru implementarea algoritmilor de criptare populari, inclusiv RSA, AES și 3DES.
• Upgrade-ul la un laser multi-punct oferă abilitatea de a acționa pe cip simultan în mai multe locuri.
• Sincronizarea dependentă de operațiuni, folosind generatorul de trigger icWaves, poate preveni aplicarea contramăsurilor și pierderea probei.

Echipamente hardware

Inspector FI poate fi utilizat cu următoarele componente hardware pentru a efectua atacuri:

• VC Glitcher cu amplificator de erori suplimentar.
• Stație cu laser cu diodă cu actualizare multi-punct suplimentară.
• PicoScope 5203 sau un osciloscop compatibil IVI.

Inspector FI cu generator de erori VC Glitcher, generator de trigger icWaves, amplificator de erori Glitch Amplifier și stația laser Laser Station.

Generatorul VC Glitcher formează nucleul arhitecturii de introducere a erorilor sistemului Inspector. Folosind tehnologia FPGA ultra-rapidă, erorile pot fi generate cu o durată de doar două nanosecunde. Hardware-ul are o interfață de programare ușor de utilizat. Programul cu erori, creat de utilizator, este încărcat în FPGA înainte de runda de testare. VC Glitcher include un circuit integrat pentru introducerea de erori de tensiune și de impulsuri de ceas, precum și o ieșire a canalului pentru controlul stației laser.

Stația cu laser cu diodă constă dintr-un set special de lasere cu diodă puternice, cu lentile fabricate la comanda utilizatorului, care sunt gestionate rapid și flexibil de VC Glitcher. Echipamentul ridică testarea optică la un nou nivel, furnizând erori multiple eficiente, control precis al consumului de energie și reacție rapidă și previzibilă pentru schimbarea impulsurilor.

Datorită upgrade-ului stației cu laser cu diodă la versiunea multi-punct, pot fi testate mai multe zone ale cipului utilizând diferite parametrii de sincronizare și tensiune de alimentare.

Lansarea pe baza semnalelor utilizând un generator de impulsuri triggere icWaves

Jitterul impulsurilor de ceas, întreruperile aleatorii ale procesului și durata procesului dependentă de date necesită o comutare flexibilă a erorilor și colectarea datelor din canalul lateral. Generatorul icWaves al sistemului Inspector generează un impuls triger în răspuns la detectarea în timp real a abaterilor de la modelul prestabilit privind alimentarea circuitului integrat sau semnalul EM. Dispozitivul include un filtru special de bandă îngustă pentru a asigura detectarea conformității modelului chiar și în condiții de zgomot.

Traseul de referință, utilizat pentru compararea cu modelul în interiorul dispozitivului bazat pe FPGA, poate fi modificat folosind funcțiile de procesare a semnalelor Inspector. Cardul inteligent, care a detectat introducerea unei erori, poate iniția un mecanism de protecție pentru a elimina datele confidențiale sau a bloca cardul. Componenta icWaves poate fi utilizată, de asemenea, pentru a iniția oprirea cardului de fiecare dată când consumul de energie sau profilul EM se abate de la funcționarea standard.

Statia laser Laser Station (LS) cu opțiunea de acces multipunct,
cu microscop și masă coordonată

Mediul de dezvoltare integrat (IDE)

Mediul de dezvoltare Inspector este proiectat pentru a oferi utilizatorului maximum de flexibilitate în aplicarea SCA și FI pentru orice scopuri.

• API deschis: simplifică implementarea de noi module
• Cod sursă: fiecare modul este livrat împreună cu codul său sursă, astfel încât modulele pot fi adaptate dorințelor utilizatorului sau utilizate ca bază pentru crearea de noi module

Inspector FI

Inspector combină introducerea erorilor și metodele de analiză a canalului lateral într-un singur pachet performant.

Exemplu de analiză a comportamentului erorii:

Domeniul atacurilor prin canalul lateral se dezvoltă rapid, iar noi rezultate de cercetare sunt publicate anual, devenind cunoscute sau făcând obligatorie certificarea circuitelor și standardelor. Inspector permite utilizatorilor să fie la curent cu noile dezvoltări și actualizările regulate ale software-ului, care implementează noi metode.

Sursa: habr.com