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[17496] 2017-11-24_嵌入式安全利器——JTAG调试实战

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2017-11-24_嵌入式安全利器——JTAG调试实战 嵌 入 式 安 全 利 器 — — J T A G   调 试 实 战 原 创   H y p e r C h e m   G e e k P w n   2 0 1 7 - 1 1 - 2 4 他 是   2 0 1 5   年   G e e k P w n   大 会 上   T K   口 中 的 小 马 ， 又 一 位 乱 入 安 全 圈 的 炼 金 术 师 （ 原 是 化 学 专 业 ） — — H y p e r C h e m 。 玩 过 几 年 软 件 脱 壳 的 他 ， 目 前 研 究 主 要 集 中 在 嵌 入 式 安 全 、 固 件 逆 向 等 方 向 。 这 位 来 自 腾 讯 安 全 玄 武 实 验 室 的 研 究 员   H y p e r C h e m   在   G e e k P w n 2 0 1 7   上 海 站 “ 极 客 沙 龙 ” 现 场 为 大 家 带 来 智 能 硬 件 安 全 领 域 的 分 享 。 “ J T A G   调 试 对 于 嵌 入 式 安 全 研 究 具 有 非 凡 的 威 力 ， 可 以 读 写 内 存 ， 可 以 控 制   C P U   运 行 状 态 ， 可 以 调 试 代 码 ， 几 乎 无 所 不 能 。 可 是 如 何 对 一 个 未 知 的 设 备 进 行 J T A G 调 试 呢 ？ 进 行 J T A G 调 试 都 需 要 什 么 步 骤 和 准 备 工 作 呢 ？ 本 次 主 题 将 一 一 揭 示 。 ” 大 家 好 ， 我 是 来 自 腾 讯 安 全 玄 武 是 实 验 室 研 究 员   H y p e r C h e m ， 也 可 以 叫 我   H C 。 今 天 和 大 家 分 享 一 下   J T A G   调 试 ， 有 做 嵌 入 式 安 全 的 同 学 可 能 对   J T A G   这 个 东 西 比 较 了 解 ， 如 果 我 们 可 以 获 得 调 试 权 限 ， 对 我 们 是 很 有 用 的 。 J T A G   究 竟 是 什 么 ？ 究 竟 是 什 么 ？
J T A G   其 实 是   J o i n t   T e s t   A c t i o n   G r o u p   缩 写 ， 后 来 成 为 了 一 个 标 准 ， 成 为 了   I E E E   的 标 准   1 1 4 9 . 1 。 最 开 始   J T A G   用 于 测 试   I C 芯 片 是 否 可 以 正 常 工 作 ， D S P 、 F P G A   等 芯 片 同 样 存 在   J T A G 。 J T A G   可 以 进 行 芯 片 的 调 试 ， 可 以 控 制 芯 片 执 行 任 意 的 代 码 。 可 以 进 行 芯 片 的 调 试 ， 可 以 控 制 芯 片 执 行 任 意 的 代 码 。 进 行 嵌 入 式 开 发 的 时 候 ， 用 来 下 载 固 件 ， 如 果 大 家 玩 路 由 的 时 候 应 该 是 用   J T A G   进 行 编 程 ， 当 然 我 们 也 可 以 用   J T A G   来 读 写 内 存 。 我 们 先 了 解 一 下   J T A G   的 电 气 结 构 的 电 气 结 构 。 它 有 一 个 可 选 的 引 脚   T R S T ， 还 有   4   个 必 须 的 引 脚 ， T M S 、 T C K 、 T D I   和   T D O 。 J T A G 其 实 通 过   T e s t   A c c e s s   T o r t   测 试 访 问 口 进 行 控 制 ， J T A G   控 制 器 有   1 6   种 状 态 。 它 的 状 态 切 换 就 是 由   J T A G   的   T M S   引 脚   1   和 0   完 成 的 。
J T A G   命 令 。 命 令 。 它 在   1 1 4 9 . 1   中 规 定 了 几 个 强 制 的 命 令 ， 一 个 是   b y p a s s   命 令 ， 用 于 加 快 测 试 效 率 ， 还 有 一 个 外 部 测 试 指 令 ， 启 用 外 部 电 路 的 测 试 使 用 的 。 还 有 内 部 测 试 指 令 ， 用 于 对 芯 片 内 部 的 总 线 等 部 件 进 行 测 试 。 此 外 ， 大 部 分   I C   芯 片 都 有 个 I D C O D E ， 通 常 对 应 一 个   I D C O D E   命 令 。 举 个 栗 子 ： 一 个 简 单 的 举 个 栗 子 ： 一 个 简 单 的   J T A G 我 们 在 这   6   个 引 脚 输 出 点 ， 设 置   6   个 移 位 寄 存 器 。 当 你 不 进 行   J T A G   调 试 的 时 候 ， 这   6   个 移 位 寄 存 器 不 会 有 任 何 用 处 ， 但 是 如 果 我 们 进 行   J T A G   调 试 的 时 候 ， 我 们 会 通 过 这 写 移 位 寄 存 器 向 真 实 的 引 脚 写 入 值 ， 也 可 以 通 过 移 位 寄 存 器 读 取 当 前 引 脚 的 状 态 。 因 为   J T A G   最 开 始 设 计 的 时 候 是 为 了 监 测 芯 片 输 入 输 出 引 脚 状 态 的 ， 而 这 些 引 脚 都 在 芯 片 的 边 界 上 ， 因 此 称 之 为 边 界 扫 描 链 。 J T A G   大 概 有   3   个 寄 存 器 ， 一 个 是   I D C O D E   寄 存 器 ， 一 个   B Y P A S S   寄 存 器 和 边 界 扫 描 寄 存 器 。 J T A G   测 试 的 过 程 其 实 就 是 通 过 T A P   完 成 的 。 那 么 ， J T A G   到 底 是 如 何 实 现 这 样 的 一 个 尝 试 的 ？ 现 在 以   A R M V 9   芯 片 的 写 内 存 流 程 来 做 一 个 例 子 。 首 先 我 们 需 要 选 择 一 个 边 界 扫 描 链 ， 我 们 需 要 控 制 里 面 的 数 据 ， 然 后 设 置 一 个   J T A G   的 命 令 ， 这 个 命 令 是 选 择 内 部 测 试 模 式 ， 就 是 一 个 内 部 测 试 的 命 令 ， 这 个 内 部 测 试 会 导 致 我 们 所 有 操 作 在   C P U   内 部 ， 我 们 进 行 读 和 写 不 会 对 内 存 和 外 部 设 备 的 内 容 给 造 成 影 响 。   大 家 知 道   C P U   执 行 指 令 的 时 候 会 将 它 的 指 令 会 有 一 个 阶 段 把 指 令 读 到 数 据 总 线 上 ， 这 个 时 候 我 们 向 数 据 总 线 写 入 一 个 指 令 ， 这 个 指 令 的 含 义 是 把   R 0   和   R 1   写 到   R 0   指 向 的 地 址 ， 但 是 这 个 指 令 的 意 义 不 重 要 ， 这 个 操 作 的 意 义 在 于   R 0   和   R 1   的 数 值 会 出 现 在 后 面 的 执 行 阶 段 。 到 后 面 的 执 行 阶 段 ， 再 修 改 数 据 总 线 把   R 0   和   R 1   的 值 进 行 修 改 成 我 们 需 要 改 的 样 子 。  
等 它 执 行 完 毕 ， 这 个 操 作 不 会 造 成 任 何 的 影 响 。 接 着 我 们 调 整 下 一 条 指 令 的 执 行 模 式 ， 这 个 时 候 设 置 一 个 标 志 位 ， 这 个 标 志 位 可 以 暂 时 挂 你 内 部 测 试 模 式 ， 这 个 意 思 就 是 说 ， 这 个 指 令 会 实 际 进 行 操 作 ， 它 会 真 的 把 数 据 写 进 去 。 然 后 我 们 等 待 执 行 完 毕 ， 整 个 写 内 存 的 操 作 就 完 成 了 ， 读 内 存 的 过 程 其 实 也 是 差 不 多 ， 只 需 要 我 们 把   S T R   换 成   L D R   就 可 以 了 。 这 就 是   J T A G   的 一 个 流 程 。 如 何 利 用 如 何 利 用   J T A G   ？ ？
    如 果 我 们 对 一 个 设 备 进 行   J T A G   调 试 ， 我 们 需 要 具 备 几 个 要 素 ， 首 先 需 要 知 道   4   个 引 脚 在 哪 里 ， 这 样 才 可 以 连 上 去 ； 然 后 我 们 需 要 一 个 适 配 器 ， 这 个 适 配 器 主 要 完 成 信 号 的 电 气 转 换 ， 这 样 我 们 可 以 通 过 电 脑 上   1 0 1 0   对   T A P   控 制 器 进 行 控 制 ； 接 着 我 们 需 要 一 个 适 配 器 的 配 置 文 件 ； 接 下 来 是 调 试 软 件 以 及 调 试   C P U   的 信 息 ， 最 后 我 们 需 要 一 个 重 置 的 手 段 。   首 先 寻 找   J T A G   的 引 脚 ， 目 前 比 较 好 的 找   J T A G   的 工 具 就 是   J T A G U L A T O R   这 ， 它 是 个 自 动 化 寻 找   J T A G   引 脚 的 工 具 ， 然 后 接 着 需 要 一 个 合 适 的 适 配 器 。 我 上 面 列 举 了 一 些 适 配 器 ， 适 配 器 的 目 的 主 要 是 实 现 进 行 电 气 和 电 平 的 转 换 ， 我 们 讲 到   J T A G   其 实 它 上 面 就 是   1 0 1 0   的 信 号 ， 这 个 对 于 我 们 通 过 软 件 实 现 其 实 很 困 难 ， 我 们 需 要 适 配 器 替 我 们 完 成 这 部 分 工 作 。   它 大 概 有 几 个 类 型 ， 最 开 始 的 适 配 器 通 过 打 印 口 完 成 调 试 。 现 在 比 较 流 行 的 适 配 器 是   F T D I   类 型 的 以 及 一 些 私 有 设 备 的 接 口 ， 还 有 采 用   C O M   口 和 网 口 进 行 通 讯 。 我 这 里 是 今 天 演 示 用 到 目 前 的 适 配 器 ， 这 个 采 用 的 就 是 比 较 流 行 的   F T D I   接 口 。       下 面 是 调 试 软 件 。 用 于   J T A G   调 试 的 软 件 有 很 多 ， 一 些 修 手 机 用 的 一 些 软 件 ， 都 是 商 业 软 件 ， 开 源 软 件 的 代 表 就 是 各 个 平 台 都 支 持 的   G D B 。 我 们 今 天 用 到 的 软 件 叫   O p e n O C D ， 这 个 东 西 可 以 提 供 我 们 比 较 好 的 接 口 。   这 是   C P U   的 配 置 文 件 ， 在   O p e n O C D   中 定 义 不 同   C P U   的 文 件 ， 包 含   C P U   中   J T A G   指 令 的 定 义 以 及 边 界 扫 描 链 。
接 下 来 是 适 配 器 的 配 置 文 件 ， 其 实 就 是 描 述 了 我 们 上 层 软 件 怎 么 和 适 配 器 连 接 。 然 后 是 重 置 条 件 ， 如 果 用 商 业 软 件 它 会 电 气 层 实 现 这 样 的 东 西 ， 重 置 条 件 的 含 义 是 ， 当 你 的 适 配 器 连 上   J T A G   的 时 候 ， T A P   控 制 器 和   C P U   可 以 处 于 任 何 的 状 态 ， 不 知 道 它 的 状 态 是 什 么 ， 我 们 需 要 让   C P U   回 到 已 知 的 状 态 ， 这 时 候 需 要 重 置 。 对   C P U   来 讲 会 有 一 个 引 脚 ， 检 测 到 电 压 过 大 或 者 过 小 会 直 接 重 置 。 如 何 对 未 知 设 备 进 行 如 何 对 未 知 设 备 进 行   J T A G   调 试 ？ 调 试 ？   首 先 识 别 它 的 引 脚 ， 然 后 获 取   I D C O D E ， 接 着 通 过   I D C O D E   寻 找   C P U   配 置 文 件 。 O p e n O C D   默 认 包 含 了 很 多   C P U   的 配 置 文
件 ， 可 以 尝 试 在 这 些 文 件 中 搜 索 。 然 后 选 择 好 合 适 的 适 配 器 及 其 配 置 文 件 就 可 以 进 行 调 试 了 。 在   G e e k P w n   微 信 公 众 号 回 复 “ 极 客 沙 龙 ” ， 获 取 嘉 宾 分 享   P P T ！ 往 期 精 选 G e e k P w n 2 0 1 7   上 海 站     精 彩 回 顾 G e e k P w n 2 0 1 7   硅 谷 站     大 咖 云 集 黑 客   V S   A I   人 工 智 能 安 全 挑 战 赛 G e e k P w n 2 0 1 8   选 手 招 募 现 已 启 动 选 手 招 募 现 已 启 动 长 按 二 维 码 关 注 哟 ！ 长 按 二 维 码 关 注 哟 ！ 阅 读 原 文
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