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[2284] 2015-09-16_【掌知识】详解单片机攻击技术及入侵过程

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-16
2015-09-16_【掌知识】详解单片机攻击技术及入侵过程 1 2 3 4 【 掌 知 识 】 详 解 单 片 机 攻 击 技 术 及 入 侵 过 程 E 安 全   2 0 1 5 - 0 9 - 1 6 目 前 ， 攻 击 单 片 机 主 要 有 以 下 四 种 技 术 ： 软 件 攻 击 软 件 攻 击 该 技 术 通 常 使 用 处 理 器 通 信 接 口 并 利 用 协 议 、 加 密 算 法 或 这 些 算 法 中 的 安 全 漏 洞 来 进 行 攻 击 。 软 件 攻 击 取 得 成 功 的 一 个 典 型 事 例 是 对 早 期 A T M E L A T 8 9 C 系 列 单   片 机 的 攻 击 。 攻 击 者 利 用 了 该 系 列 单 片 机 擦 除 操 作 时 序 设 计 上 的 漏 洞 ， 使 用 自 编 程 序 在 擦 除 加 密 锁 定 位 后 ， 停 止 下 一 步 擦 除 片 内 程 序 存 储 器 数 据 的 操 作 ， 从 而 使 加 过   密 的 单 片 机 变 成 没 加 密 的 单 片 机 ， 然 后 利 用 编 程 器 读 出 片 内 程 序 。 电 子 探 测 攻 击 电 子 探 测 攻 击 该 技 术 通 常 以 高 时 间 分 辨 率 来 监 控 处 理 器 在 正 常 操 作 时 所 有 电 源 和 接 口 连 接 的 模 拟 特 性 ， 并 通 过 监 控 它 的 电 磁 辐 射 特 性 来 实 施 攻 击 。 因 为 单 片 机 是 一 个 活 动 的 电 子 器 件 ， 当 它 执 行 不 同 的 指 令 时 ， 对 应 的 电 源 功 率 消 耗 也 相 应 变 化 。 这 样 通 过 使 用 特 殊 的 电 子 测 量 仪 器 和 数 学 统 计 方 法 分 析 和 检 测 这 些 变 化 ， 即 可 获 取 单 片 机 中 的 特 定 关 键 信 息 。 过 错 产 生 技 术 过 错 产 生 技 术 该 技 术 使 用 异 常 工 作 条 件 来 使 处 理 器 出 错 ， 然 后 提 供 额 外 的 访 问 来 进 行 攻 击 。 使 用 最 广 泛 的 过 错 产 生 攻 击 手 段 包 括 电 压 冲 击 和 时 钟 冲 击 。 低 电 压 和 高 电 压 攻 击 可 用 来 禁   止 保 护 电 路 工 作 或 强 制 处 理 器 执 行 错 误 操 作 。 时 钟 瞬 态 跳 变 也 许 会 复 位 保 护 电 路 而 不 会 破 坏 受 保 护 信 息 。 电 源 和 时 钟 瞬 态 跳 变 可 以 在 某 些 处 理 器 中 影 响 单 条 指 令 的 解   码 和 执 行 。 探 针 技 术 探 针 技 术 该 技 术 是 直 接 暴 露 芯 片 内 部 连 线 ， 然 后 观 察 、 操 控 、 干 扰 单 片 机 以 达 到 攻 击 目 的 。 为 了 方 便 起 见 ， 人 们 将 以 上 四 种 攻 击 技 术 分 成 两 类 ， 一 类 是 侵 入 型 攻 击 （ 物 理 攻   击 ） ， 这 类 攻 击 需 要 破 坏 封 装 ， 然 后 借 助 半 导 体 测 试 设 备 、 显 微 镜 和 微 定 位 器 ， 在 专 门 的 实 验 室 花 上 几 小 时 甚 至 几 周 时 间 才 能 完 成 。 所 有 的 微 探 针 技 术 都 属 于 侵 入 型   攻 击 。 另 外 三 种 方 法 属 于 非 侵 入 型 攻 击 ， 被 攻 击 的 单 片 机 不 会 被 物 理 损 坏 。 在 某 些 场 合 非 侵 入 型 攻 击 是 特 别 危 险 的 ， 这 是 因 为 非 侵 入 型 攻 击 所 需 设 备 通 常 可 以
侵 入 型 攻 击 的 一 般 过 程 侵 入 型 攻 击 的 一 般 过 程 自 制 和   升 级 ， 因 此 非 常 廉 价 。 大 部 分 非 侵 入 型 攻 击 需 要 攻 击 者 具 备 良 好 的 处 理 器 知 识 和 软 件 知 识 。 与 之 相 反 ， 侵 入 型 的 探 针 攻 击 则 不 需 要 太 多 的 初 始 知 识 ， 而 且 通 常 可 用 一 整 套 相 似 的 技 术 对 付 宽 范   围 的 产 品 。   因 此 ， 对 单 片 机 的 攻 击 往 往 从 侵 入 型 的 反 向 工 程 开 始 ， 积 累 的 经 验 有 助 于 开 发 更 加 廉 价 和 快 速 的 非 侵 入 型 攻 击 技 术 。 侵 入 型 攻 击 的 第 一 步 是 揭 去 芯 片 封 装 。 有 两 种 方 法 可 以 达 到 这 一 目 的 ： 第 一 种 是 完 全 溶 解 掉 芯 片 封 装 ， 暴 露 金 属 连 线 。 第 二 种 是 只 移 掉 硅 核 上 面 的 塑 料 封 装 。 第 一 种 方   法 需 要 将 芯 片 绑 定 到 测 试 夹 具 上 ， 借 助 绑 定 台 来 操 作 。 第 二 种 方 法 除 了 需 要 具 备 攻 击 者 一 定 的 知 识 和 必 要 的 技 能 外 ， 还 需 要 个 人 的 智 慧 和 耐 心 ， 但 操 作 起 来 相 对 比 较   方 便 。   芯 片 上 面 的 塑 料 可 以 用 小 刀 揭 开 ， 芯 片 周 围 的 环 氧 树 脂 可 以 用 浓 硝 酸 腐 蚀 掉 。 热 的 浓 硝 酸 会 溶 解 掉 芯 片 封 装 而 不 会 影 响 芯 片 及 连 线 。 该 过 程 一 般 在 非 常 干 燥 的 条 件 下   进 行 ， 因 为 水 的 存 在 可 能 会 侵 蚀 已 暴 露 的 铝 线 连 接 。 接 着 在 超 声 池 里 先 用 丙 酮 清 洗 该 芯 片 以 除 去 残 余 硝 酸 ， 然 后 用 清 水 清 洗 以 除 去 盐 分 并 干 燥 。 没 有 超 声 池 ， 一 般 就 跳 过 这 一 步 。 这 种 情 况 下 ， 芯 片 表 面 会 有 点 脏 ， 但 是 不   太 影 响 紫 外 光 对 芯 片 的 操 作 效 果 。 最 后 一 步 是 寻 找 保 护 熔 丝 的 位 置 并 将 保 护 熔 丝 暴 露 在 紫 外 光 下 。 一 般 用 一 台 放 大 倍 数 至 少 1 0 0 倍 的 显 微 镜 ， 从 编 程 电 压 输 入 脚 的   连 线 跟 踪 进 去 ， 来 寻 找 保 护 熔 丝 。 若 没 有 显 微 镜 ， 则 采 用 将 芯 片 的 不 同 部 分 暴 露 到 紫 外 光 下 并 观 察 结 果 的 方 式 进 行 简 单 的 搜 索 。 操 作 时 应 用 不 透 明 的 纸 片 覆 盖 芯 片 以   保 护 程 序 存 储 器 不 被 紫 外 光 擦 除 。 将 保 护 熔 丝 暴 露 在 紫 外 光 下 5 ～ 1 0 分 钟 就 能 破 坏 掉 保 护 位 的 保 护 作 用 ， 之 后 ， 使 用 简 单 的 编 程 器 就 可 直 接 读 出 程 序 存 储 器 的 内   容 。 对 于 使 用 了 防 护 层 来 保 护 E E P R O M 单 元 的 单 片 机 来 说 ， 使 用 紫 外 光 复 位 保 护 电 路 是 不 可 行 的 。 对 于 这 种 类 型 的 单 片 机 ， 一 般 使 用 微 探 针 技 术 来 读 取 存 储 器 内 容 。 在   芯 片 封 装 打 开 后 ， 将 芯 片 置 于 显 微 镜 下 就 能 够 很 容 易 的 找 到 从 存 储 器 连 到 电 路 其 它 部 分 的 数 据 总 线 。   由 于 某 种 原 因 ， 芯 片 锁 定 位 在 编 程 模 式 下 并 不 锁 定 对 存 储 器 的 访 问 。 利 用 这 一 缺 陷 将 探 针 放 在 数 据 线 的 上 面 就 能 读 到 所 有 想 要 的 数 据 。 在 编 程 模 式 下 ， 重 启 读 过 程 并   连 接 探 针 到 另 外 的 数 据 线 上 就 可 以 读 出 程 序 和 数 据 存 储 器 中 的 所 有 信 息 。 还 有 一 种 可 能 的 攻 击 手 段 是 借 助 显 微 镜 和 激 光 切 割 机 等 设 备 来 寻 找 保 护 熔 丝 ， 从 而 寻 查 和 这 部 分 电 路 相 联 系 的 所 有 信 号 线 。 由 于 设 计 有 缺 陷 ， 因 此 ， 只 要 切 断 从 保 护 熔   丝 到 其 它 电 路 的 某 一 根 信 号 线 ， 就 能 禁 止 整 个 保 护 功 能 。 由 于 某 种 原 因 ， 这 根 线 离 其 它 的 线 非 常 远 ， 所 以 使 用 激 光 切 割 机 完 全 可 以 切 断 这 根 线 而 不 影 响 临 近 线 。 这   样 ， 使 用 简 单 的 编 程 器 就 能 直 接 读 出 程 序 存 储 器 的 内 容 。 虽 然 大 多 数 普 通 单 片 机 都 具 有 熔 丝 烧 断 保 护 单 片 机 内 代 码 的 功 能 ， 但 由 于 通 用 低 档 的 单 片 机 并 非 定 位 于 制 作 安 全 类 产 品 ， 因 此 ， 它 们 往 往 没 有 提 供 有 针 对 性 的 防 范 措 施   且 安 全 级 别 较 低 。 加 上 单 片 机 应 用 场 合 广 泛 ， 销 售 量 大 ， 厂 商 间 委 托 加 工 与 技 术 转 让 频 繁 ， 大 量 技 术 资 料 外 泻 ， 使 得 利 用 该 类 芯 片 的 设 计 漏 洞 和 厂 商 的 测 试 接 口 ， 并   通 过 修 改 熔 丝 保 护 位 等 侵 入 型 攻 击 或 非 侵 入 型 攻 击 手 段 来 读 取 单 片 机 的 内 部 程 序 变 得 比 较 容 易 。 关 于 E 安 全 a p p E 安 全 是 国 内 第 一 款 面 向 信 息 安 全 行 业 的 免 费 内 容 分 享 平 台 ， E 安 全 秉 承 “ 掌 握 信 息 安 全 的 专 家 ” 的 分 享 精 神 ， 长 期 提 供 的 免 费 专 业 的 信 息 安 全 课 程 教 学 、 业 内 资 料 、 威 胁 预 警 以 及 最 新 资 讯 ， 为 信 息 安 全 专 业 人 才 的 成 长 提 供 一 个 更 为 便 捷 和 高 效 的 一 站 式 服 务 。
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