- 技術(shù)達(dá)人教你輕松破解MCU

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為防止此類攻擊可以使用盲簽名（Blinding signatures）技術(shù)。這個(gè)方法是利用選定的隨機(jī)數(shù)與輸入數(shù)據(jù)混合來(lái)防止破解者知道輸入數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)運(yùn)算法則。

時(shí)序攻擊可用在安全保護(hù)是基于密碼的微控制器，或使用確定數(shù)字的卡或密碼來(lái)進(jìn)行訪問(wèn)控制的系統(tǒng)，如達(dá)拉斯的iButton產(chǎn)品。這些系統(tǒng)中共有的風(fēng)險(xiǎn)是輸入的連續(xù)數(shù)字在數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行再次校驗(yàn)。系統(tǒng)需經(jīng)常檢查輸入到數(shù)據(jù)庫(kù)的密鑰的每個(gè)字節(jié)，一旦發(fā)現(xiàn)不正確的字節(jié)就會(huì)立即停止，然后切換到下一個(gè)直到最后一個(gè)。所以破解者很容易測(cè)量出輸入最后一個(gè)密鑰倒請(qǐng)求另一個(gè)的時(shí)間，并得出發(fā)現(xiàn)的密鑰相似度。嘗試相對(duì)小的數(shù)字，有可能找到匹配的密鑰。

為防止這些攻擊，設(shè)計(jì)者需要小心計(jì)算處理器的周期。當(dāng)密碼進(jìn)行比較時(shí)確保正確和錯(cuò)誤的時(shí)間是一樣的，例如：飛思卡爾的68HC08微控制器的內(nèi)部存儲(chǔ)器載入模塊在輸入正確的八字節(jié)密碼后可以訪問(wèn)內(nèi)部閃存。為達(dá)到正確和錯(cuò)誤的密碼都處理相同的時(shí)間，程序中增加了額外的空操作指令。這對(duì)時(shí)序攻擊提供了很好的保護(hù)。一些微控制器有內(nèi)部阻容振蕩器，那樣處理器的工作頻率與電壓和芯片的溫度相關(guān)。這使得時(shí)序分析很困難，攻擊時(shí)需要穩(wěn)定元器件的溫度并減少電源線上的噪聲和電壓波動(dòng)。一些智能卡有內(nèi)部隨機(jī)時(shí)鐘信號(hào)使得攻擊時(shí)測(cè)量時(shí)間延遲無(wú)效。

三、窮舉攻擊（也稱暴力攻擊Brute force attacks）

暴力對(duì)于半導(dǎo)體硬件和密碼來(lái)說(shuō)是另一種意思。對(duì)于密碼，暴力攻擊是對(duì)系統(tǒng)嘗試數(shù)量眾多的密鑰。通常是使用高速計(jì)算機(jī)來(lái)尋找匹配的密鑰。 一個(gè)例子是微控制器中的密碼保護(hù)設(shè)置。以TI的MSP430為例，密碼本身長(zhǎng)度為32字節(jié)（256位），抵擋暴力攻擊已經(jīng)足夠了。但密碼分配在與處理器中斷矢量相同的存儲(chǔ)器地址。那么，首先減少存儲(chǔ)器內(nèi)矢量一直指向的區(qū)域。然后當(dāng)軟件被更新時(shí)，只有小部分的密碼被修改，因?yàn)榇蟛糠种袛嘧映绦蛑赶虻氖噶渴窍嗤牡刂贰?br />
結(jié)果是，如果破解者知道早前密碼中的一個(gè)，就很容易做系統(tǒng)的搜索，在合理的時(shí)間內(nèi)找到正確的密碼。 暴力攻擊也可用在ASIC或CPLD的硬件設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種情況下，破解者使用所有可能的邏輯組合到元器件可能的輸入端并觀察所有輸出。這種方法也稱為黑箱分析（Black-box analysis），因?yàn)槠平庹卟恢辣粶y(cè)試元器件的情況。通過(guò)所有可能的信號(hào)組合，嘗試獲得元器件的功能。這種方法對(duì)相對(duì)小的邏輯器件很有效。另一個(gè)問(wèn)題是破解者使用的ASIC或CPLD有觸發(fā)器，故輸出將可能是當(dāng)前狀態(tài)或輸入的狀態(tài)。但如果預(yù)先檢查并分析信號(hào)，搜索的范圍可以顯著減少。例如，時(shí)鐘輸入，數(shù)據(jù)總線和一些控制信號(hào)是很容易認(rèn)出的。

另一種可能的暴力攻擊，對(duì)很多半導(dǎo)體芯片有效，是將外部高壓信號(hào)（通常是兩倍于電源電壓）加到芯片引腳上，來(lái)試圖進(jìn)入工廠測(cè)試或編程模式。事實(shí)上，這些引腳用數(shù)字萬(wàn)用表很容易發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗鼈儧](méi)有保護(hù)二極管到電源腳。一旦發(fā)現(xiàn)對(duì)高壓敏感的引腳，破解者就可以嘗試可能的邏輯信號(hào)組合來(lái)加到別的引腳上，找出用于進(jìn)入工廠測(cè)試或編程模式的部分。 破解者也可用元器件的通信協(xié)議來(lái)找出設(shè)計(jì)者嵌入在軟件中的測(cè)試和更新用得隱藏功能。

芯片制造商經(jīng)常提供給后期測(cè)試用得嵌入硬件測(cè)試接口。如果這些接口的安全保護(hù)沒(méi)有適當(dāng)設(shè)計(jì)，破解者很容易利用它來(lái)讀寫(xiě)片上存儲(chǔ)器。在智能卡中，這些測(cè)試接口通常位于芯片電路之外，并在測(cè)試后從物理上除去。 任何安全系統(tǒng)，不管軟件和硬件，在設(shè)計(jì)上都可能有缺陷，對(duì)于破解者來(lái)說(shuō)都是機(jī)會(huì)，暴力攻擊有可能找到它。小心設(shè)計(jì)安全保護(hù)系統(tǒng)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑u(píng)估，可以避免很多問(wèn)題，并使得這些攻擊事實(shí)上不可行。

四、功耗分析（Power analysis）

一個(gè)運(yùn)算設(shè)備的功耗取決于它當(dāng)前的狀態(tài)。依照CMOS晶體管的原理，各部分動(dòng)態(tài)時(shí)的功耗比靜態(tài)的要大。當(dāng)輸入電壓加到反向器上，會(huì)引起一個(gè)晶體管短路，這個(gè)晶體管電流的增加比靜態(tài)消耗的寄生漏電要大得多。在電源線上加個(gè)10-20歐的電阻，就可以測(cè)量電流的波動(dòng)。為達(dá)到更好的效果，需要使用至少12位精度和50MHz采樣速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

這些獲得的參數(shù)可以用來(lái)區(qū)別處理器的不同指令并估計(jì)總線上同時(shí)翻轉(zhuǎn)的位數(shù)。 通過(guò)平均多次重復(fù)同樣操作的電流，即使是沒(méi)有通過(guò)總線的很小信號(hào)也能區(qū)別開(kāi)。有些信號(hào)如移位狀態(tài)特別有用，因?yàn)楹芏嗝艽a的密鑰產(chǎn)生算法使用移位操作來(lái)逐一移出單個(gè)密鑰倒進(jìn)位標(biāo)志。即使?fàn)顟B(tài)位的變化不能直接測(cè)量，它們通常會(huì)改變指令次序或微碼的執(zhí)行，這會(huì)導(dǎo)致功耗的明顯變化。