שיטות של הנדסה הפוכה התקנים קשיחים

מכשירים הנדסיים הפוכה הם משמעת רב תחומית המאחדת את ההנדסה החשמלית, מדעי המחשב ומתודולוגיה חוקרת.מתרגלים הורסים מוצר כדי לחשוף את כוונת העיצוב שלה, בחירת הרכיב ולוגיקה תפעולית.שדה משרת מחקר אבטחה, תחזוקה מערכתית, ניתוח תחרותי וחדשנות. מאמר זה מציג את שיטות הליבה המשמשות בהנדסה הפוכה חומרה, ואחריו מחקרים מפורטים הממחישים יישומים אמיתיים.

התהליך מתחיל בדרך כלל עם בדיקה גופנית וקידמה באמצעות ניתוח אותות ומיצוי קושחה.כל שיטה מניבה תובנות שונות, והמהנדסים מנוסים משלבים אותם כדי לבנות הבנה מלאה של המכשיר.

הערכה וראייה חזותית

disassembly פיזית הוא הצעד הבסיסי.המכשיר נפתח באמצעות כלים מדויקים - ספיגים, אקדחי חום, מברגים, ו כוסות ענישה - כדי להימנע מחברים שבריריים מזיקים או encapsulations. לאחר החשיפה, הרכיבים הפנימיים הם צילמו עם עדשות מאקרו ברזולוציה גבוהה או מיקרוסקופים דיגיטליים. מכשירים מודרניים רבים להשתמש ציפויים קונפורטיביים, תחת fill, או מבזבז כי דורשים הסרת כימיקלים (m, חומצה מכנית).

בדיקה חזותית מזהה מעגלים משולבים מרכזיים (ICs), רכיבים פסיביים, מחברים ואנטנות. Markings על שבבים - כגון לוגו היצרן, מספרים חלק וקודים תאריך - לספק רמזים על פונקציונליות.לדוגמה, מספר סידורי כמו "BCM43438" נקודות ל-Broadcom Wi-Fi/Bluetooth combo.זיהוי של המיקרו-controller הראשי או מערכת הבקרה-chim) מכיל לעתים קרובות תכונות אבטחה פנימיות (S) ו-C) ו-Cretexratch) המכילות שבבים (S) ו-CSD) ו-C) מכילות שבבים (S) מוצפנים (S) מוצפנים (S) מכילות שבבים (S) מוצפנים (S) מוצפנים (S) ו-CSD) מכילות שבבים (S) ו-C) מוצפנים (S) כדי ל-C.

PCB & Schematic Analysis

לאחר שלא הוכח, לוח המעגל המודפס (PCB) הופך למוקד.מהנדסים מאתרים בין רכיבים לשיקום הסצ'מטי.זה נעשה לעתים קרובות באופן ידני עם מערכת רבמטר מוגדר למצב המשכיות, אבל עבור לוחות צפופים, שיטות אוטומטיות הן גבוהות יותר.דמיית רנטגן של שבבים מרובי-שכבות מראה שכבות נחושת פנימיות, באמצעות וקברו עקבות תוכנה כמו Eagle, Cad, או Altium עוזרים למפות באופן חזותי.

במעבדות הנדסה הפוכה מקצועיות, עיכוב בשימוש: ה- PCB הוא חולד או שכבת ערפל מבחינה כימית על ידי שכבה, צילום כל צעד, לשחזר את הערימה המדויקת של הערימה.זה חושף מטוסים כוח, מטוסים קרקעיים, ודפוסי חסימה קנייניים.עבור ICs עצמם, עיכוב ודמיה עם מיקרוסקופ אופטי או אלקטרונים יכול לשחזר את הרשימה ברמת השער, אם כי זה דורש מתקנים נקיים ועבודה נרחבת יותר עבור טכניקות החילוץ (ATE) בדרך כלל, אך בדרך כלל, אך שיטות סריקה אוטומטית, אך הם בדרך כלל, אך שיטות בדיקה מתקדמת יותר, אך הם בדרך כלל, אך ורק בדיקות מהירות גבוהה יותר, אך הם בדרך כלל, אך שיטות בדיקה (או אלקטרו-עצמיות) הן שיטות סריקה).

אותות וניתוחים

ניתוח תוכן הוא לעתים קרובות השלב המתגמל ביותר כי לוגיקה בקרת תוכנה מגלה התנהגות המכשיר בפירוט. כדי לחלץ קושחה, מהנדסים גישה יציאות debug או לקרוא זיכרון פלאש ישירות. ממשקי חומרה נפוצים כוללים JTAG (IEEE 1149.1), Serial Wire Debug (SWD), ו UART Jetloaders. לדוגמה, נספח של JTAG להתאים (למשל, cg, J-OCD) או קוד פתוח ל-OCD) ל-OCD) הוא סימנים של Skype.

לאחר שקושחה בינארית מושגת, ניתוח מתקדם עם כלים כמו Binwalk (לזהה מערכות קבצים), Ghidra, IDA Pro, או Radare2 עבור disassembly ו decompilation. מהנדסים מחפשים מפתחות קריפטוגרפיים משובצים בחוזים, הודעות UART debug, ו-Strasication.compation.comphs Active Active, חושף שורש בניתוח אותות אותות אותות של אותות של אותות קידוד אותות, UART.comcpc: IPTC.comcp, פרוטוקולים גבוה יותר, או IPTIPTC.2, לכידת , IPT, לכידת ⁇ ⁇ ⁇ , IPT C.

ניתוח צד-Channel Analysis

התקפות צד-ערוציות מנצלות פליטות פיזיות מהמכשיר במהלך הניתוח.שני הגרסאות הנפוצות ביותר הן ניתוח כוח ואלקטרומגנטי (EM) בניתוח כוח פשוט (SPA), אוקטילוסקופ מתעד את הזרם הנמשך על ידי השבב כפי שהוא מבצע הוראות.הוראות שונות צורות כמויות נפרדות של כוח, המאפשר תוקף להפר את רצף ההוראה.

שיטות אלה דורשות התקנה זהירה: חומר מדויק, oscilloscopes oscilloscopes (למשל, Lecroy או טקטרוניקס), ולעתים קרובות מקדמה.הם משמשים באופן נרחב כדי לשבור את המימוש ההצפנה בכרטיסים חכמים, dogles, ואלמנטים מאובטחים. Counterm כוללים איזון, מסיכה, ומגן, אבל מכשירים רבים של הצרכנים חסרים הגנה חזקה.

הזריקה Fault

הזרקת Fault מציגה גלימות מכוונת - ספייקציות מתחולל, גלי שעון או דופק לייזר - כדי לגרום למעבד לדלג על הוראות או נתונים מושחתים.המטרה היא לעתים קרובות לעקוף בדיקות אימות או לאפשר ממשקי debug. Voltage Def הזרקת תקלות (VFI) וגירוד השעון הם טכניקות בעלות נמוכה הדורשות תפקוד והחלפת אלקטרומגנטי מהיר.

הזרקת תקלות מוצלחת יכולה לחשוף פונקציונליות נסתרת, כגון מצבי מבחן או פקודות מטען.לדוגמה, גירוד את ה-VCC במהלך מגף מאובטח לפני אימות חתימה יכול לגרום למעבד לקפוץ לנקודת כניסה לא מאובטחת.

מחקרים ב הנדסה הפוכה

המחקרים הבאים ממחישים כיצד שיטות המתוארות לעיל הוחלו בפועל - החל ממחקר אבטחה ועד חדשנות מוצר.כל אחד מדגים את הממשק של ניתוח פיזי, חשמל ותוכנה.

סמארטפון Secure Enclave Analysis

בשנת 2019, חוקרים באוניברסיטה העליונה ביצעו ניתוח פיזי עמוק של Apple iPhone Secure Enclave - מעבד ייעודי המטפל בזיהוי ביומטרי ומפתחים קריפטוגרפיים.הצוות החל על ידי פיזור ה-A12 Bionic SoC באמצעות חומצה ניטרית כדי לחשוף את המוות.הם השתמשו ב- DPA ממוקדים לאחר מכן הציגה את ה- DPA של פעילות גופנית מאובטחת של מכשיר ה-DPA לאחר מכן, אשר ביצעה בדיקה מיידית של שימוש ב-D.

מקרה זה מדגיש את החשיבות של אבטחה שכבתית פיזית.אפילו צ'יפס מודרני, מאובטח מאוד יכול ליפול לתוקפים נחושים עם גישה ל-SEM, FIB, ו-State-of-the-art oscilloscopes. זה גם מראה כיצד הנדסה הפוכה מודיעה גילוי פגיעות ומניעה עדכוני קושחה.

IoT חכם לוקה Replication

צוות של מהנדסי קוד פתוח ביקש לבנות תחליף תואם עבור מנעול חכם פופולרי "הספק" הם רכשו את מנעול ופירוק זה כדי למצוא TI CC2652R אלחוטי MCU. באמצעות מנתח לוגיקה על לוחות UART, הם תפסו את רצף האתחול וגלו כי המכשיר נכנס DFU (שדרוג אוטומטי) כאשר GP ספציפי הוא משוך גבוה.

המאמץ הצליח כי היצרן עזב ממשקי פעוט נגישים ומאוחסנים סודות בטקסט פשוט.הצוות תיעד את ממצאיו ופרסם schematic, המאפשר לכל אחד ל 3D להדפיס מתחם חלופי והבהב את הקושחה הפתוחה. המקרה הזה מדגים כיצד הנדסה הפוכה יכולה לדמוקרטי גישה למכשירי IoT כאשר יצרנים לא מצליחים ליישם מנעול אבטחה.

רכב ECU Tuning ואבטחה

יחידות בקרה אלקטרוניות של רכב (ECUs) מונדסות לעתים קרובות עבור כוונון ביצועים, פליטות תאימות, ולאחר שינוי שוק. מקרה ידוע כרוך יחידת ניהול מנוע של Bosch EDC17, המשמש במכוניות דיזל רבות. Enthusiasts רוצה להתאים מפות דלק ו- turbo להגביר את עקומות.ה ECU תקשורת באמצעות CAN ו יש קו K-K עבור אבחון, אבל גישה נעולה על ידי אלגוריתם חיצוני של microcial-Siltol-S.

סוג זה של הנדסה הפוכה הוא חוקי עבור שינוי רכב אישי בתחומים רבים תחת הוראות נכון-לחזור.זה יצר תעשיית כוונון של מיליארדי דולרים.עם זאת, זה גם מעלה חששות ביטחוניים: תוקפים יכולים לנצל את אותם טכניקות להזרק קוד זדוני שדיסתת מערכות בטיחות.המקרה מדגיש את המתח בין התאמה אישית למשתמש ואבטחת סייבר.

גילוי הפגיעות של מכשיר רפואי

בתחום הרפואי, החוקרים הפנו את לוח המחצב באמצעות לוח התארגנות בעל ערך (ICD) כדי להעריך את אבטחת הסייבר.ICD תקשר באופן אלחוטי עם צג ליד מיטתה באמצעות מכונאי 402-405 MICS הרץ (ICD) פרוטוקול ניתוח של ICD משוק יד שנייה (עם סוללות depleted) ופירוקו של קבוצת המיקרו-DDR, אשר נמצאו גם כן, אשר לא היו מקבצי אבטחה של מערכת רדיו.

הגילוי שלהם ליצרן הוביל לרצף קושחה שהוסיף AES-128 הצפנה.במקרה זה מדגים את הפוטנציאל הגלום של הנדסה לאחור חומרה: זיהוי פרצות במכשירים קריטיים בחיים לפני ששחקנים זדוניים יכולים לנצל אותם.זה גם מראה את הצורך בשימוש בממשקים מאובטחים של דה-בואג (למשל, JTAG מנעולים) ו- טמפינגפטפטפטפטפטפטפטפטפטפטפט.

שיקולים מוסריים ומשפטיים

חומרה הנדסית הפוכה קיימת בנוף משפטי מורכב.חוק זכויות היוצרים של Digital Millennium (DMCA) בארצות הברית כולל פטורים למחקר אבטחה, בין-פעולה ותיקון, אך פטורים אלה מוגדרים באופן צר ומוגבל זמן.ההנחיות של האיחוד האירופי על סודות מסחריים מאפשרות הנדסה הפוכה של מוצרים שנרכשו באופן חוקי, בתנאי שהוא אינו כרוך בהתקפות משפטיות.

מבחינה אתית, מהנדסים לאחור יש אחריות לחשוף פרצות באחריות.גילוי מלא (ניצולים מלאים) יכול לסכן משתמשים אם כתמים אינם זמינים.תיאום גילוי פגיעות מתואם (CVD), שבו הממצאים משותפים לראשונה עם היצרן עם מועד אחרון 90 יום, הוא הסטנדרט המקובל, יתר על כן, הנדסה לאחור לא צריך לשמש למטרות זדוניות כגון: העתקת כרטיסי תשלום או ביטול תכונות בטיחות בתקני חירום רפואיים.

כלי המסחר

הנדסה לאחור חומרה יעילה דורש מעבדה מאובזרת.

  • (FLT:0)OscilloscopesFLT:1 (למשל, Keysight InfiniiVision, R&S RTO) עבור לכידת אות מהירה. Bandwidth של לפחות 200 MHz מומלץ לפרוטוקולים דיגיטליים כמו SPI ו- I2C.
  • (FLT:0Logic AnalyzersFLT:1 (למשל, סאליפי לוגיקה Pro 16, Sigrok) על מנת לפוצץ מספר ערוצים דיגיטליים בו זמנית.
  • (FLT:0)JTAG/SWD DebuggerssveFLT:1 (למשל, SEGGER J-Link, ST-Link, Olimex ARM-USB-TINY-H) עבור חגורת קושחה ו debugging. הרבה מיקרובקר יש מנעולים כי יש צורך לעקוף באמצעות הזרקת תקלות או ניתוח צד-ערוצי.
  • (בקיצור:0) ,פלאש מתכנתים (ה-e.g. Dediprog, Xelek, or Open-source Bus Pirate) לקריאה / כתיבת שבבי זיכרון חיצוניים (SPI פלאש, מקביל NOR).
  • (FLT:0) ייצור ותיקון ציוד 1:1: תחנות אוויר חם, מכר ברזל עם טיפים יפים, וניקוי קולי להסרת ICs לקריאה חיצונית.
  • (FLT:0) כלי Software: Binwalk forשחית קושחה, Ghidra או IDA Pro עבור disassembly, ותסריטים לניתוח מבוסס Python של כתמים בינאריים.
  • (FLT:0)Side-channelsFLT:1: ChipWhisperer לניתוח חשמל וזרקת תקלות, ו- EM בדיקה מותאם אישית של חברות כמו לנגר או RF-Technik.

כלי לעתים קרובות מאומן הוא תיעוד.כל מציאת - תמונות, רשימות, מפות זיכרון, וסימנים - יש לרשום כדי לאפשר אימות ושכפול.

עתידה של הנדסה הפוכה

בעוד מכשירים הופכים מורכבים יותר, שיטות הנדסה לאחור להתפתח.אתגרים חדשים כוללים 3D ICs עם מת ערימה, השבבים בתוך חבילות, ואריזות מתקדמות כמו אריזות ברמה מאוורר (FOWLP) אלה דורשים laminography רנטגן ו Machine למידה כדי לפרט באופן אוטומטי מבנים פנימיים. בצד הקושחה, obscationscation ו-חולצים הופכים סטנדרטיים, אבל התקפות צד-ערוצי להמשיך למהנדסים מתקדמים כדי למנוע את ה-memo הנוכחי, בסופו של המשחק עשוי בסופו של דבר להישאר סימולציה לאחור.

יוזמות חומרה בקוד פתוח, כגון פרויקט OpenTitan ויישומים קוד פתוח רבים, לספק בסיס שקוף שניתן ללמוד ללא צורך בהנדסה הפוכה.עדיין, עבור מכשירים קנייניים - במיוחד באלקטרוניקה צרכנית, רכב, מגזרים רפואיים - הכישורים המפורטים לעיל יישארו ביקוש גבוה למחקר אבטחה והתערבות.

חומרה הנדסית הפוכה אינה רק פעילות טכנית; היא תרגול קריטי להבנת ואבטחת המכשירים המחלחלים לחיים המודרניים.על ידי יישום השיטות המתוארות במאמר זה ושמירה על גבולות אתיים, מתרגלים יכולים לחשוף איומים נסתרים, לאפשר תיקון וטיפוח חדשנות.