M2354錯(cuò)誤注入攻擊(Fault Injection Attack)防護(hù)

摘要(Abstract)

就在全球行動(dòng)運(yùn)算IP大廠Arm推出它的新隔離技術(shù)TrsutZone?不久，黑客界就順勢(shì)推出其針對(duì)該架構(gòu)所發(fā)表的攻擊，并號(hào)稱能夠繞過TrustZone?的保護(hù)，姑且不論黑客最終是否能夠靠該破解取得任何實(shí)質(zhì)的信息或利益，我們所能夠知道的是，黑客所使用的方法，就是一般廣為信息安全所知的故障注入攻擊方式，由于這種攻擊方式具有簡單、低成本、設(shè)備取得容易等優(yōu)點(diǎn)，所以廣為黑客們所使用，甚至市面上也有專門的套件販賣。

既然有攻擊就會(huì)有對(duì)應(yīng)的防護(hù)，而防護(hù)的方法簡單可分為軟件防護(hù)與硬件防護(hù)。針對(duì)故障注入的軟件防護(hù)，需要先分析出可能的弱點(diǎn)，并針對(duì)這些弱點(diǎn)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的軟件開發(fā)與防護(hù)，這對(duì)軟件工程人員來說，需要相當(dāng)專業(yè)的信息安全知識(shí)與技能才能夠做到。

而使用具有硬件防護(hù)的設(shè)備，對(duì)錯(cuò)誤注入攻擊的防護(hù)，在軟件開發(fā)上則相對(duì)簡單很多，由于MCU在設(shè)計(jì)時(shí)，就已經(jīng)將錯(cuò)誤攻擊的防護(hù)考慮進(jìn)硬件的設(shè)計(jì)當(dāng)中，相當(dāng)于產(chǎn)品應(yīng)用中所需的信息安全專業(yè)技術(shù)，已經(jīng)內(nèi)嵌到硬件里面了，接下來軟件工程師所需要的就只是打開它們，就能夠很好的防護(hù)故障注入攻擊，相對(duì)而言輕松許多，且最大程度的避免軟件疏失而造成安全漏洞。

錯(cuò)誤注入攻擊的硬件防護(hù)

當(dāng)產(chǎn)品的執(zhí)行條件，超出了原本預(yù)設(shè)的規(guī)范，將使產(chǎn)品的運(yùn)行出錯(cuò)，如果能夠限縮這樣的執(zhí)行條件出現(xiàn)在特定的時(shí)間，且只持續(xù)一段極短的時(shí)間，便足以能夠讓產(chǎn)品在執(zhí)行特定指令的時(shí)候出錯(cuò)，而其它指令又能夠正常的執(zhí)行，這便是所謂的錯(cuò)誤注入攻擊，常見的方式，是通過短暫地超出半導(dǎo)體組件運(yùn)行規(guī)范的電壓、頻率來進(jìn)行攻擊， 因此就防護(hù)而言，只要能夠有效地偵測(cè)到不正常的電壓與頻率，就可以實(shí)時(shí)的進(jìn)行應(yīng)對(duì)，實(shí)時(shí)阻斷攻擊。

為了保證硬件能夠隨時(shí)有效的應(yīng)對(duì)攻擊，偵測(cè)硬件必須被獨(dú)立于平常工作的電路之外，擁有自己的供電、頻率系統(tǒng)，以避免外來的攻擊同時(shí)癱瘓掉偵測(cè)電路，除此之外，偵測(cè)電路也要能夠直接控制關(guān)鍵硬件，使其自動(dòng)進(jìn)行必要的保護(hù)動(dòng)作，例如清除內(nèi)存內(nèi)的秘鑰等，以避免因?yàn)殄e(cuò)誤注入產(chǎn)生的軟件錯(cuò)誤，而無法正常進(jìn)行被攻擊時(shí)的關(guān)鍵處置。

Figure 1: Tamper偵測(cè)來自電壓、頻率的攻擊，并通知CPU與直接觸發(fā)Key Store保護(hù)機(jī)制。

電壓與頻率攻擊與處置

M2354在錯(cuò)誤注入防護(hù)硬件上，涵蓋了各種不同的電壓與頻率攻擊方式，并依此設(shè)計(jì)了應(yīng)對(duì)的方式，列表如下:

上表中的”默認(rèn)動(dòng)作”，可以只是軟件介入，也可以是強(qiáng)制的系統(tǒng)重置或是強(qiáng)制的清除所有Key Store所存儲(chǔ)的秘鑰。

總結(jié)

對(duì)于微控制器產(chǎn)品而言，錯(cuò)誤注入攻擊確實(shí)是一個(gè)簡單、有效又低成本的攻擊，這也造成了這種攻擊經(jīng)常被黑客所利用，為了保護(hù)產(chǎn)品內(nèi)的重要信息，對(duì)于這種攻擊的防護(hù)勢(shì)在必行。然而純粹以軟件的方式來進(jìn)行防護(hù)，除了需要有信息安全專業(yè)的工程師外，更必須有一套嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z查機(jī)制來防止人為的疏漏，相對(duì)而言，建構(gòu)在硬件偵測(cè)的防護(hù)方式，工程師只要打開所有的硬件防護(hù)，設(shè)定相應(yīng)的動(dòng)作，就可以完整的防止來自于電源與頻率的攻擊，硬件防護(hù)要顯得容易得多。

因此，利用M2354的錯(cuò)誤注入攻擊防護(hù)設(shè)計(jì)，可以讓使用者可以更專心的在產(chǎn)品功能的開上，不用為了信息安全的保護(hù)，增加太多額外的工作，減少了開發(fā)防護(hù)機(jī)制額外增加的時(shí)間與成本。