Коллектив авторов - Защита от хакеров корпоративных сетей

Чтение данных из оперативной запоминающей памяти (памяти произвольного доступа) RAM или из других энергозависимых запоминающих устройств во время работы устройства поможет найти полезные временно сохраненные данные или данные, сохраненные в открытом виде. Конечно, сделать это гораздо труднее, поскольку изменения адресной шины или шины данных во время работы устройства могут вызвать ошибки и отказ устройства.

Большинство схем памяти, включая оперативную память RAM, постоянную память ROM и флэш-память, печально известны своей небезопасностью. В некоторых устройствах памяти реализованы конструктивные особенности для предотвращения чтения сохраненных в них данных обычными программаторами, например плавкие предохранители постоянно запоминающих устройств или защита блока начальной загрузки во флэш-памяти. Электронно-перепрограммируемая постоянная память Dallas Semiconductor DS2432 (http://pdfserv.maxim-ic.com/arpdf/DS2432.pdf) является примером безопасного устройства памяти, в котором использован алгоритм стойкого кэширования SHA-1 (Secure Hash Algorithm) и возможность записи пользователем секретного кода защиты сохраненных данных в память, доступную только для записи. Но в большинстве других устройств EEPROM подобные функциональные возможности не реализованы. Для противодействия этим способам защиты часто используются современные методы, например анализ кремниевых чипов.

В докладе Гутмана (Gutmann) «Данные об остаточной намагниченности в полупроводниковых приборах» (Труды десятого симпозиума USENIX по вопросам безопасности (Proceedings of the Tenth USENIX Security Symposium), 2001, www.usenix.org/publications/library/proceedings/sec01/gutmann.html) показано, насколько трудно обеспечить безопасность даже при полном удалении данных из оперативной и энергонезависимой (долговременной) памяти. Это означает возможность сохранения и восстановления остатков временных данных, криптографических ключей и других секретных данных в памяти устройства в течение длительного времени после отключения электропитания или перезаписи содержимого памяти. Извлечение данных по описанному способу предполагает наличие современного оборудования, обычно доступного в академических кругах.

Атаки на таймер преследуют цель изменить или измерить характеристики таймера схемы и обычно разделяются на две категории: активные и пассивные атаки на таймер. Активные атаки на таймер – агрессивные нападения, для успешного осуществления которых необходим физический доступ к кварцевому генератору синхронизирующих (тактовых) импульсов или другой схеме синхронизации. Главная цель состоит в изменении частоты синхронизации, вызвав тем самым отказ или выполнение непреднамеренной операции. Схемы, использующие для точной синхронизации генераторы тактовых импульсов, могут быть атакованы для «ускорения» или «замедления» скорости их работы. Подобные схемы используются, например, в устройствах идентификации, основанных на измерении временных интервалов. Замедление устройства может оказаться полезным для его отладки и анализа, что не всегда возможно при высоких скоростях его работы.

Современные способы атак: удаление эпоксидной смолы и вскрытие интегральных схем

Герметизация важных компонентов эпоксидной смолой или другими клеящими веществами обычно выполняется для предотвращения вскрытия устройства и получение доступа к нему. На рисунке 14.9 показан микропроцессор, который для предотвращения его исследования залит эпоксидной смолой. Известно много разных типов эпоксидных смол и пластиков, которые используются для обеспечения защиты компонентов. Некоторые из этих материалов могут быть растворены или удалены с использованием химикатов, например метилена хлорида (Methylene Chloride) или дымящейся азотной кислоты (Fuming Nitric Acid). Для их удаления также можно использовать высокооборотные инструментальные средства, к которым относится, например, инструмент Дремеля (Dremel tool) или дрель с деревянным сверлом в виде шпинделя с ватным валиком или зубочисткой. Легкое перемещение дрели по поверхности эпоксидной смолы ослабляет и утончает связующий материал. Рекомендуется на этой стадии исследования принять необходимые меры предосторожности и соблюдать технику безопасности. Как только эпоксидная смола будет удалена с компонента, можно приступать к его исследованию.

Рис. 14.9. Монтажная плата устройства iKey 1000 компании Rainbow Technologies

Для более сложных конструкций устройств необходимо вскрыть интегральную схему и проанализировать кремниевый чип. Особенно это необходимо, если в устройстве предусмотрены средства предотвращения чтения из памяти устройства, описанные в пункте «Поиск компонент памяти». Цель вскрытия состоит в получении доступа к интересующему исследователя кремниевому чипу интегральной схемы, который может быть микропроцессором, аналоговой или цифровой памятью или программируемой логической схемой. Вскрытие интегральных схем без использования специализированных инструментальных средств очень сложно. Для этого необходимы требующие осторожного обращения химикаты. Зачастую нижележащие кремниевые чипы очень хрупки. Некоторые фирмы, например B&G International (www.bgintl.com), предлагают помощь в разгерметизации устройств при удалении некоторых типов эпоксидной смолы. Анализ кремниевого чипа

После того как кремниевый чип станет доступным для осмотра, его можно исследовать с помощью мощного микроскопа. Проводимое исследование может помочь извлечь хранимые в постоянном запоминающем устройстве данные или программный код, определить места расположения логических элементов декодирования или состояние реализованных в устройстве функциональных возможностей. Кюммерлинг (^mmerling) и Кун (Kuhn) в статье «Принципы проектирования механизмов противодействия вскрытию процессоров смарт-карт» (Design Principles for Tamper-Resistant Smartcard Processors) (Материалы симпозиума USENIX по технологиям смарт-карт (Proceedings of the USENIX Workshop on Smartcard Technology), 1999, www.cl.cam.ac.uk/~mgk25/sc99-tamper.pdf) детально описали методы извлечения программного кода и данных из процессоров смарт-карт. Они описали исследование устройства микроскопом, лазерную резку, манипуляции с фокусированными лучами ионов, атаки имитации сбоя и анализ питания. Большая часть их исследования была основана на книге Бека (Beck) « Анализ отказов интегральных схем. Руководство по способам подготовки» (Integrated Circuit Failure Analysis – A Guide to Preparation Techniques book), выпущенной издательством John Wiley & Sons в 1998 году. В этой книге детально представлены способы вскрытия корпусов и удаление изоляции чипов, способы травления микросхем для удаления уровней структуры чипа, а также процедуры обеспечения безопасности и охраны здоровья.