Ters Mühendislik Donanım Cihazlarının Yöntemleri

Ters mühendislik donanım cihazları, elektrik mühendisliği, bilgisayar bilimi ve yenilikçi metodolojiyi birleştiren çok disiplinli bir disiplindir. Practitioners dekondun seçimi ve operasyonel mantığı ortaya çıkarmak için bir ürün inşa eder. Alan güvenlik araştırma, miras sistemi bakımı, rekabetçi analiz ve inovasyona hizmet eder. Bu makale, donanım tersine mühendislikte kullanılan temel yöntemleri sunar, gerçek dünya uygulamalarını gösteren ayrıntılı vaka çalışmalarıyla takip eder.

Süreç genellikle sinyal analizi ve bilgisayar ekstraksiyonu yoluyla fiziksel denetim ve ilerlemelerle başlar. Her yöntem farklı öngörüler verir ve sezonlanmış mühendisler bir cihazın tam bir anlayışını inşa etmek için bir araya getirirler.

Disassembly ve Visual Muayene

Fiziksel disassembly temel adımdır. Cihazın hassas aletler kullanılarak açıldı - birçok modern cihaz, alüminyum, ısı tabancaları veya camları - zararlı konektörler veya enkapsülasyonlardan kaçınmak.Bir kez maruz kaldıktan sonra, iç bileşenler yüksek çözünürlüklü makro lensler veya dijital mikroskoplar ile fotoğraflandı.

Görsel denetim anahtar entegre devreleri (ICs), pasif bileşenler, konektörler ve antenler. Dökümanlar üzerine yapıştırılır - Üretici logolar, bölüm numaraları ve tarih kodları - sık sık "BCM43438" gibi ipuçları içerir.

PCB ve Schematic Analysis

Komünizmden sonra, basılı devre kurulu (PCB) odak haline gelir. Mühendisler, şemaları yeniden inşa etmek için bileşenler arasında net izlerler.Bu genellikle sürekli modda çok sayıda yapılır, ancak çok yoğun tahtalar için, otomatik yöntemler üstündür. X-ray multikatlı PCB'lerin görüntülemesi iç bakır tabakaları gösterir, Eagle, KiCad veya Altium Tasarımcısı gibi cihazlar arasındaki izler.

Profesyonel ters mühendislik laboratuarlarında, gecikme modelleri kullanılır: PCB, bir optik veya elektron mikroskopu ile kablolama, her adımı fotoğraflamak, tam çöp toplama tesislerini yeniden inşa etmek için, bu otomatik uçaklar, zemin uçaklarını ve özel routing modelleri ortaya koyar.For ICs kendileri için, gecikmeli ve görüntülemeler yüksek değerli hedefler için rezerve edilebilir.

Signal and Firmware Analysis

Firmaware analizi genellikle en ödüllendirici aşamadır, çünkü yazılım kontrol mantığı ayrıntılı olarak cihaz davranışını ortaya çıkarır. Programlamaya giriş, mühendisler giriş debug portları veya flaş hafızasını doğrudan okuyun. Ortak donanım arabirimleri JTAG (IEEE 1149.1), Wire Seri Debug (SWD), ve UART booters. Örneğin, normal operasyon sırasında bir JTAG adaptörü veya ossileri ele geçirebilirsiniz.

İkili elde edildiğinde, analiz Binwalk gibi araçlarla devam eder ( dosyayı tanımlamak için), Ghidra, IDA Pro veya Radare2 for disassembly and decompilation. Engineers, daha yüksek seviyeli protokollerin içine gömülü kriptografik anahtarlara bakar ve ilkleme rutinleri. Birçok IoT cihazı aktif olarak bırakır, bir kabuklu sinyal analizi tamamlandı.

Side-Channel Analiz

Side kanal saldırıları, operasyon sırasında bir cihazdan fiziksel emisyonları kullanır. En yaygın iki değişken güç analizi ve elektromanyetik (EM) analizdir. Basit güç analizi (SPA), a oscilloskopu, mevcut çipleri çalıştırdığı gibi kaydeder.Farklı talimatlar farklı miktarda güç harcar, talimat sırasına bir saldırgan.

Bu yöntemler dikkatli bir kurulum gerektirir: Akıllı kartlarda kriptografik uygulamaları kırmak için yaygın olarak kullanılır, dongles, ve güvenli elementler.Rekreasures, güç maskeleme ve metal kalkanlama içerir, ancak birçok tüketici cihazı sağlam korumadan yoksundur.

Hata Enjeksiyonu

Hatalı enjeksiyon kasıtlı aksaklar - gerilim aksakları, saat aksakları veya lazer pul pulsları - talimatları atlamak veya bozuk verileri atlamak için bir işlemciye neden olur. Hedef genellikle doğrulama çeklerini atlamak veya debug arabirimleri sağlamak için. gerilim hatası (VFI) ve saat aksaklığı düşük maliyetli tekniklerdir.

Başarılı hata enjeksiyonu, test modları veya bootloader komutları gibi gizli işlevselliği ortaya çıkarabilir. Örneğin, imza doğrulamadan önce VCC pin'yi hızlandırarak işlemciye güvensiz bir giriş noktasına atmasına neden olabilir.

Ters Mühendislikte Vaka Çalışmaları

Aşağıdaki vaka çalışmaları, yukarıdaki yöntemlerin pratikte nasıl uygulandığını göstermektedir - güvenlik araştırmalarından ürün inovasyonuna kadar ayarlama.Her biri fiziksel, elektrik ve yazılım analizinin Interplayını göstermektedir.

Güvenli Akıllı Telefon Enklav Analizi

2019 yılında, A12 Biyonik SoC'nin ölmesini sağlamak için temel bir teknoloji cihazını kullanarak, Apple iPhone Secure Enclave'nin derin fiziksel analizini üstlendiler - bu da iç otobüslere yönelik gerilimleri ölçmek için atomik bir Prodüksiyonu ve kriptografik anahtarlarını kullanan bir işlemciye odaklandılar.

Bu durum fiziksel tabaka güvenliğinin önemini vurgulamaktadır. Modern, ağır güvenli bir çip SEM, FIB ve devlet-of-the-art oscilloskops'a erişimle kararlı bir saldırgana düşebilir. Ayrıca mühendislikin kırılganlık keşiflerini ve bilgisayar güncelleştirmelerini nasıl açıkladığını da gösteriyor.

IoT Smart Lock Replication

Açık kaynak mühendislerinin bir ekibi, ABD'nin şifreli bir şekilde analiz edilmesi için uygun bir yedek inşa etmeye çalıştı ve cihazın DFU (device yükseltme modu) özel bir GPIO'nun çektiği bir PC2652R kablosuz MCU'yu kullanarak yeni bir yazılım geliştirme ve analiz cihazını kullanarak, Gahidrasyonelleri ve bir kontrol paneline girdiklerini keşfetti.

Çaba başarılı oldu çünkü üretici açık arabirimleri açık ve depolanmış sırları sade bir şekilde bıraktı. Ekip bulguları belgeledi ve bir şema yayınladı, herhangi birine 3D-print bir yedek muhafaza ve açık anahtarlama sağlar. Bu durum, üreticilerin güvenlik kilitlemesini başarısız ettiğinde IoT cihazlarına nasıl erişebileceğini gösteriyor.

Otomotiv ECU Tuning ve Güvenlik

Otomotiv elektronik kontrol birimleri (ECUs) sık sık performans ayarını, emisyon uyumunu ve pazarlama sonrası modifikasyonu için devre dışı bırakmak istiyor.Enthusiasts, birçok dizel arabada kullanılan Bosch EDC17 motor yönetim ünitesini içeriyor. Enthusiasts, dış flaşı (SPI) ile iletişim kuruyor ve bir tohumlama yöntemiyle kapatılabilir.

Bu tür ters mühendislik, güvenlik sistemlerini devre dışı bırakan birçok yargıda kişisel araç modifikasyonu için yasaldır.Bu tür bir ters mühendislik, çok milyar dolarlık bir ayar endüstrisini de beraberinde getiriyor: saldırganlar güvenlik sistemlerini zayıflatan aynı teknikleri kullanabilir.

Tıbbi Cihaz Vulnerability Discovery

Tıbbi alanda araştırmacılar, uygun bir kaplama ile kapatılmamış bir ICD (parçalı) ve devre dışı bırakılmıştır. ICD, bilgisayarlı bir cihazla kablosuz olarak iletişim kurdular - ve uygun bir kaplama ile kaplı olmayan SWD pedleri ile bağlantılı bir test.

Üreticiye açıklaması AES-128 şifrelemeyi ekleyen bir bilgisayar teline yol açtı. Bu durum donanım geri mühendislikinin yaşam kurtarıcı potansiyelini ortaya çıkardı: kötü niyetli aktörlerin onları kullanmasından önce yaşam-kırık cihazlardaki güvenlikleri tespit etti. Ayrıca güvenli debug arabirimleri kullanma zorunluluğunu gösteriyor (örneğin, JTAG kilitleri biraz) ve tamper-kandırıcı potting.

Etik ve Yasal Uyarılar

Ters mühendislik donanımı karmaşık bir yasal alanda var. Amerika Birleşik Devletleri'nde Dijital Millennium Copyright Yasası (DMCA) güvenlik araştırmaları, içilebilirlik ve onarımlar için muafiyetler içerir, ancak bu muafiyetler iş için yasal olarak tanımlanır ve zaman kısıtlanır.

Etik olarak, ters mühendisler, açıklığa karşı sorumlu bir şekilde açıklama konusunda sorumluluk sahibi olurlar. Tam açıklama (tam istismarlar) kullanıcılarına, dizlerin mevcut olmadığı gibi zarar vermelerini tehlikeye atabilir.

Ticaret Araçları

Etkili donanım ters mühendislik iyi donanımlı bir laboratuvar gerektirir. Essential aletler şunları içerir:

  • [FONT:0]Oscilloskops[[Dönetici] (e.g., Keysight InfiniiVision, R&S RTO) yüksek hızlı sinyal yakalama için. En az 200 MHz'in Band genişliği SPI ve I2C gibi dijital protokolleri önerilir.
  • [FONT=0)Logic Analyzers [[Dönetici:0] [Dönetici:0) Aynı anda birden çok dijital kanalı da dahil etmek için Saleae Logic Pro 16, Sigrok) için protokol parsing UART, CAN ve I2C.
  • [FONT=0)JTAG/SWD Debuggers (e.g., SEGGER J-Link, ST-Link, Olimex ARM-USB-TINY-H) için bilgisayar çöplüğü ve debugging için. Birçok mikro kontrol cihazı enjeksiyon veya yan kanal analizi yoluyla atılmalıdır.
  • [FONT=0]Flash Programrs[Dönetici:0) [FONT:0))) (S.g., Dediprog, Xeltek, veya açık kaynak Bus Korsan) okuma / yazma dış hafıza çipleri (SPI flaş, paralel NOR).
  • [FONT:0)Desoldering ve Reballing ekipman: sıcak hava istasyonları, iyi ipuçları ile satılan demirleri ve harici okuma için IC'leri kaldırmak için ultrasonik temizleyiciler.
  • [FONT:0)Software araçları): Yazılım ekstraksiyonu için Binwalk, Ghidra veya IDA Pro, ikili blobs için Python tabanlı analiz için senaryolar.
  • [FONT=0]Side-channel Donanımı): ChipWhisperer, güç analizi ve hata enjeksiyonu için ve Langer veya RF-Technik gibi şirketlerden özel EM probes.

Sık sık göz ardı edilen bir araç belgedir. Her bulgu -fotoğraflar, net listeler, hafıza haritaları ve sinyal izlerini - doğrulama ve yenidenplikasyona izin vermek için kaydedilir. Version control (Git) ve laboratuvar defterleri vazgeçilmezdir.

Donanım Ters Mühendisliğinin Geleceği

Cihazların daha karmaşık hale gelmesiyle, mühendislik yöntemleri gelişti. Yeni zorluklar, 3D IC'ler yığınlanmış ölüler, fan-out wafer-channel paketleme gibi gelişmiş paketlemeler (FOWLP) Bu, X-ray laminografi ve makine öğreniminin otomatik segment iç yapıları için olmasını gerektirir.

OpenTitan projesi ve birçok açık kaynak UEFI uygulamaları gibi açık kaynak donanım inisiyatifleri, mühendislikten tersine dönmeden incelenebilir. Yine de, özel cihazlar için - özellikle tüketici elektronik, otomotiv ve tıbbi sektörlerde - yukarıda belirtilen beceriler güvenlik araştırma ve içilebilirlik için yüksek talepte kalacaktır.

Ters mühendislik donanımı sadece teknik bir egzersiz değildir; modern yaşamdaki cihazları anlamak ve sağlamak için kritik bir uygulamadır.Bu makalede açıklanan yöntemleri uygulamak ve etik sınırları saygı göstermek, uygulayıcılar gizli tehditleri ortaya çıkarabilir, onarımı ve inovasyonu teşvik edebilir.