Берд Киви - Гигабайты власти. Информационные технологии между свободой и тоталитаризмом

Например, сами кембриджские исследователи в качестве мощного источника света использовали фотовспышку, купленную в магазине подержанных товаров за 20 фунтов стерлингов. Для иллюстрации мощи новой атаки была разработана методика, позволяющая с помощью вспышки и микроскопа выставлять в нужное значение (0 или 1) любой бит в SRAM-памяти микроконтроллера. Методом «оптического зондирования» (optical probing) можно индуцировать сбои в работе криптографических алгоритмов или протоколов, а также вносить искажения в поток управляющих команд процессора. Понятно, что перечисленные возможности существенно расширяют уже известные «сбойные» методы вскрытия криптосхем и извлечения секретной информации из смарт-карт [SA02].

Индустрия, как обычно, пытается всячески принизить значимость нового метода вскрытия, поскольку он относится к классу разрушающих атак, сопровождающихся повреждением защитного слоя в чипе смарт-карты. Однако, по свидетельству Андерсона, злоумышленники могут обойтись и минимальным физическим вмешательством: кремний прозрачен в инфракрасном диапазоне, поэтому атаку можно проводить прямо через кремниевую подложку с задней стороны чипа, сняв лишь пластик. Используя же рентгеновское излучение, карту и вовсе можно оставить нетронутой.

Этими же специалистами из Кембриджа совместно с учеными компьютерной лаборатории Лувенского университета (Бельгия) недавно разработаны еще несколько новых методов считывания информации из защищенных чипов смарт-карт. Общим для данных методов является то, что они индуцируют поддающиеся замерам изменения в аналоговых характеристиках ячеек памяти. Например, сканируя ячейки сфокусированным лазером или наводя в них вихревые токи с помощью индуктивной спирали на игле микропробника, можно повысить электромагнитные утечки, выдающие записанное там значение бита, но при этом само это значение сохраняется в ячейке ненарушенным. Сильным охлаждением чипа в нужный момент времени можно «заморозить» содержимое интересующего регистра и считать из него (ключевую) информацию, обычно хранящуюся или передаваемую в зашифрованном виде. Эта технология применима к самым разным типам памяти от RAM до FLASH и реально продемонстрирована считыванием ключей DES из ячеек RAM без какого-либо физического контакта с чипом [SQ02].

Данная работа проведена учеными по заказу проекта Евросоюза GSCard и ставит перед собой цель создания смарт-карт следующего поколения, способных максимально противостоять современным атакам вплоть до «полуразрушающих». Создание абсолютной защиты, естественно, не является реалистичным для реально применяемых устройств, одно из главных достоинств которых - дешевизна.

Арсенал средств защиты смарт-карт на сегодняшний день весьма разнообразен. Разрушающим методам вскрытия могут противостоять емкостные датчики или оптические сенсоры под светонепроницаемой оболочкой (что кракеры давно научились обходить), либо «специальный клей» - особое покрытие для чипов, которое не только непрозрачно и обладает проводимостью, но также надежно противостоит попыткам уничтожить его, обычно разрушая кремниевый слой, находящийся под ним. Такие покрытия относятся к федеральному стандарту США FIPS 140-1 и широко используются в американской военной промышленности, но повсеместно распространенными в быту их назвать нельзя.

Ряд недорогих и эффективных методов противодействия методам ДАЛ и ДАИ известен по разработкам Cryptography Research. В частности, созданы особые аппаратные и программные методы, обеспечивающие значительно меньший уровень утечек компрометирующей информации, внесение шума в измерения, декоррелирование (разделение взаимозависимостей) внутренних переменных и секретных параметров, а также декоррелирование по времени криптографических операций. Значительный ряд новых методов защиты предложен компьютерными лабораториями Лувена и Кембриджа [http://www.dice.ucl.ac.be/crypto; http://www.cl.cam.ac.uk/Research/Security/tamper/].

Разработкой мер защиты смарт-карт от вскрытия, конечно же, занимаются не только в университетах или маленьких фирмах вроде Cryptography Research Пола Кочера или Advanced Digital Security Research Оливера Кеммерлинга. Большая работа ведется и непосредственно в смарт-карточной индустрии, где, правда, предпочитают эту деликатную тему публично не обсуждать. Но иногда кое-какая информация все же просачивается. Так, на криптографической выставке-конференции RSA-2002 интереснейшая экспозиция была устроена компанией Datacard Group, специализирующейся на разработке смарт-карт.

На своем выставочном стенде сотрудники фирмы развернули некий «полевой вариант» небольшой электронной лаборатории. Буквально на глазах изумленной публики демонстрировалось вскрытие смарт-карт с помощью описанных выше методов ДАЛ и ДАИ. Оборудования для этих работ требовалось совсем немного - осциллограф, компьютер да несколько «специальных коробочек».

Для зрителей процесс вскрытия смарт-карты выглядел примерно так: «Сейчас вы видите на экране осциллографа последовательность вертикальных всплесков. Это циклы DES-алгоритма, шифрующего информацию в чипе карты. Давайте увеличим разрешение картинки. Внутри цикла вы видите пики характерной формы - это S-боксы, преобразующие нужный нам ключ. Давайте запустим программу вскрытия, которая по особенностям этих сигналов отыскивает биты секретной информации, и вот через минуту или две мы получаем ключ на выходе программы».

Значительно более стойкий криптоалгоритм Triple-DES вскрывался аналогично, но примерно раза в 3 раза больше по времени. Те же самые несколько минут уходили у аналитиков Datacard на отыскание пары больших простых чисел, образующих ключ в алгоритме RSA. Для этого не использовались, ясное дело, ужасно трудоемкие методы факторизации (разложения числа на множители), а «просто» внимательно анализировались реакции чипа смарт-карты на небольшие варьирования в напряжении и частоте при подаче питания…

Самый эффектный, пожалуй, трюк - это извлечение информации из бесконтактных смарт-карт, когда вскрытие устройства и считывание секретного ключа делается с помощью специального радиочастотного интерфейса - дистанционно и абсолютно незаметно для владельца [СР02].

Одно дело читать обо всех этих методах в абстрактных исследовательских статьях и совсем другое - увидеть, как данная кухня функционирует реально. По свидетельству специалистов, открывающаяся картина действительно впечатляет. И заставляет очень серьезно переосмыслить реальную безопасность технологии.

В начале 2002 г. властями Гонконга принято решение о том, что начиная с 11-летнего возраста все жители этого особого региона Китая должны иметь идентификационную смарт-карту, содержащую фотографию, имя, пол, дату рождения, статус проживания и биометрическую информацию об отпечатках больших пальцев обеих рук. В принципе, жителям Гонконга к паспортам не привыкать, поскольку их ввели еще в 1949 году, когда из завоеванного Мао Цзэдуном Китая в эту британскую колонию хлынул поток мигрантов, не испытывавших энтузиазма в отношении коммунистов. Тогда-то властям и понадобилось срочно разделить народ на «местных» и «приезжих». Уже несколько лет, как Гонконг вновь стал частью Китая, однако особый экономический статус, отдельное управление и жесткий контроль за иммиграцией лишь упрочили паспортную систему.