“CVAX — когда вы забатите довольно воровать настоящий лучший”.
Надпись, оставленная американскими инженерами для советских коллег в топологии микропроцессора.

Реверс-инжиниринг микросхем — головная боль производителей с самых первых лет существования микроэлектроники. Вся советская электроника в какой-то момент была построена на нем, а сейчас с гораздо большим размахом тем же самым занимаются в Поднебесной, да и не только в ней. На самом деле, реверс-инжиниринг абсолютно легален в США, Евросоюзе и многих других местах, с целью (цитирую американский закон) “teaching, analyzing, or evaluating the concepts or techniques embodied in the mask work or circuitry”.

Самое частое легальное применение реверс-инжиниринга — патентные и лицензионные суды. Промышленный шпионаж тоже распространен, особенно с учетом того, что электрические схемы (особенно аналоговые) часто являются ключевой интеллектуальной собственностью и редко патентуются — как раз для того, чтобы избежать раскрытия IP и участия в патентных судах в качестве обвиняющей стороны. Разумеется, оказавшись в ситуации, когда нужно защитить свою интеллектуальную собственность, не патентуя ее, разработчики и производители стараются придумать способы предотвращения копирования своих разработок.

Другое не менее (а то и более) важное направление защиты микросхем от реверс-инжиниринга — обеспечение безопасности информации, хранимой в памяти. Такой информацией может быть как прошивка ПЛИС (то есть опять-таки интеллектуальная собственность разработчика), так и, например, пин-код от банковской карты или ключ шифрования защищенной флэшки. Чем больше ценной информации мы доверяем окружающему миру, тем важнее защищать эту информацию на всех уровнях работы обрабатывающих ее систем, и хардварный уровень — не исключение.

Введение

Ещё с юности, когда у нас был старый DeskJet, меня интересовали картриджи струйных принтеров. Эти картриджи казались очень интересными и как только в них заканчивались чернила, я сразу забирал их себе. В то время я не мог сделать с ними ничего, кроме как разобрать и пачкать руки… Хоть я и знал, что там внутри есть какая-то сложная электроника, но при касании контактов батарейкой не происходило ничего интересного, а моих знаний по электронике на большее не хватало.

Чуть позже, когда я стал студентом, мне удалось раздобыть старый струйный принтер. В то время сам я пользовался лазерным принтером, поэтому он мне был не очень интересен, зато было любопытно исследовать картриджи и попытаться выполнить их реверс-инжиниринг. Я в самом деле написал статью об управлении этими картриджами, и хотя они работали достаточно хорошо, были и недостатки: мне так и не удалось выяснить точный порядок сопел, картридж был только монохромным (печатал маджентой), к тому же довольно старым, а потому разрешение оказалось довольно низким.

Недавно моя девушка занялась рисованием, поэтому это стало хорошим оправданием для возврата к струйным картриджам в надежде, что и мне удастся нарисовать что-то на холсте. На этот раз мне повезло: удалось найти способ привязки всех сопел к правильным сигналам. Кроме того, сегодня картриджи принтеров управляют бОльшим количеством сопел используя меньшее количество сигналов, что упрощает управление картриджем и увеличивает поверхность, которую можно покрыть за один проход.

Реверс-инижиниринг инсулиновой помпы для DIY-терапии

Примерно три года назад я услышал о веб-сайте, предлагающем награду за то, что очень близко моему сердцу: обратная разработка коммуникаций с инсулиновой помпой. Я уже помог создать систему для своей дочери под названием Loop, с помпой Medtronic, для который я осуществил реверс-инжиниринг коммуникаций (бóльшую часть основного протокола связи Medtronic декодировал Бен Уэст с помощью устройства Carelink USB, а я выяснил радиочастоты и провёл некоторую дополнительную работу над протоколом). Но помпу Medtronic требовалось отключать во время гимнастики на несколько часов. Бескамерная конструкция этой помпы Omnipod показалась мне интересной, и у меня были все инструменты для работы.

Система Omnipod состоит из небольшой одноразовой помпы, которая называется модулем (pod), и блока управления (PDM).

Аппаратные атаки представляют большую угрозу для всех устройств с микроконтроллерами (далее – МК), поскольку с их помощью можно обойти разные механизмы безопасности. От таких атак тяжело защититься программными или аппаратными средствами. Для примера можно прочитать статью от STMicroelectronics про различные виды аппаратных атак и методы защиты МК.
Мы – команда Raccoon Security – заинтересовались этой темой, поскольку одним из направлений деятельности нашей компании является разработка embedded-устройств, в том числе содержащих механизмы защиты информации. По большей части нас интересуют glitch-атаки, поскольку они позволяют проскользнуть мимо исполняемых инструкций МК. Это серьезная угроза для конфиденциальной информации, содержащейся в МК, и самое опасное последствие таких атак – считывание закрытой прошивки в обход механизмов безопасности, предусмотренных разработчиками МК.

На конференциях Hardwear.io 2018 в Гааге и EmbeddedWorld 2019 в Нюрнберге компания NewAE демонстрировала устройство ChipWhisperer, позволяющее реализовать ту часть неинвазивных аппаратных атак, которые не требуют глубинных знаний наноэлектроники и наличия специфического оборудования. При помощи этого устройства мы изучили безопасность embedded-устройств и поняли, как минимизировать результат подобных атак. Под катом – что у нас получилось.

Есть у меня знакомый, который занимается ремонтом автомобильного железа. Он как-то принес мне микроконтроллер, выпаянный из блока управления автономного отопителя. Сказал, что его программатор это не берет, а ему хотелось бы иметь возможность переливать прошивки туда-сюда, т.к. блоков много, в железе они часто одинаковые, а вот агрегаты, которыми они управляют отличаются. И вроде и блок есть взамен неисправного, но ПО разное и заменить просто так нельзя. Так как задачка была интересной, решил покопаться. Если тема интересна и вам, прошу под кат…