Коллектив авторов - Защита от хакеров корпоративных сетей

Рис. 14.9. Монтажная плата устройства iKey 1000 компании Rainbow Technologies

Для более сложных конструкций устройств необходимо вскрыть интегральную схему и проанализировать кремниевый чип. Особенно это необходимо, если в устройстве предусмотрены средства предотвращения чтения из памяти устройства, описанные в пункте «Поиск компонент памяти». Цель вскрытия состоит в получении доступа к интересующему исследователя кремниевому чипу интегральной схемы, который может быть микропроцессором, аналоговой или цифровой памятью или программируемой логической схемой. Вскрытие интегральных схем без использования специализированных инструментальных средств очень сложно. Для этого необходимы требующие осторожного обращения химикаты. Зачастую нижележащие кремниевые чипы очень хрупки. Некоторые фирмы, например B&G International (www.bgintl.com), предлагают помощь в разгерметизации устройств при удалении некоторых типов эпоксидной смолы. Анализ кремниевого чипа

После того как кремниевый чип станет доступным для осмотра, его можно исследовать с помощью мощного микроскопа. Проводимое исследование может помочь извлечь хранимые в постоянном запоминающем устройстве данные или программный код, определить места расположения логических элементов декодирования или состояние реализованных в устройстве функциональных возможностей. Кюммерлинг (^mmerling) и Кун (Kuhn) в статье «Принципы проектирования механизмов противодействия вскрытию процессоров смарт-карт» (Design Principles for Tamper-Resistant Smartcard Processors) (Материалы симпозиума USENIX по технологиям смарт-карт (Proceedings of the USENIX Workshop on Smartcard Technology), 1999, www.cl.cam.ac.uk/~mgk25/sc99-tamper.pdf) детально описали методы извлечения программного кода и данных из процессоров смарт-карт. Они описали исследование устройства микроскопом, лазерную резку, манипуляции с фокусированными лучами ионов, атаки имитации сбоя и анализ питания. Большая часть их исследования была основана на книге Бека (Beck) « Анализ отказов интегральных схем. Руководство по способам подготовки» (Integrated Circuit Failure Analysis – A Guide to Preparation Techniques book), выпущенной издательством John Wiley & Sons в 1998 году. В этой книге детально представлены способы вскрытия корпусов и удаление изоляции чипов, способы травления микросхем для удаления уровней структуры чипа, а также процедуры обеспечения безопасности и охраны здоровья.

На рисунке 14.10 показан структурный слой исследуемого чипа типичного устройства стираемой программируемой постоянной памяти EPROM, чьи логические элементы устанавливаются электрическими импульсами, а стираются прямым ультрафиолетовым светом. В зависимости от использованной технологии изготовления кремниевых приборов дальнейшее увеличение изображения и удаление кремниевого слоя приведет к показанному на рис. 14.11 изображению. На этом изображении видно, что у устройства 16 столбцов и 10 строк для обеспечения 160 бит памяти. Каждый бит отвечает за представление наличия или отсутствия данных с помощью цифр «1» или «0» соответственно. Например, верхний ряд соответствует битовой строке «0000010011100001».

Рис. 14.11. Увеличенное изображение части постоянного запоминающего устройства ROM с показом битов фактических данных

Для анализа кристаллов требуются современные инструментальные средства и оборудование, которыми часто оснащены академические лаборатории. Некоторые компании, например Semiconductor Insights (www.semiconductor.com), предлагают услуги по инженерному анализу аппаратных средств и оказывают помощь в функциональном исследовании, извлечении и моделировании интегральных схем. Также они могут проанализировать полупроводниковый прибор и процессы его изготовления, используемые при этом методы и материалы. Такие услуги полезны при отсутствии доступного оборудования у исследователя.

Криптоанализ и методы запутывания

Для защиты записанных в память компонентов секретных данных устройства часто используют простые способы, затуманивающие смысл хранимой информации. Простая путаница и обратимые преобразования внушают пользователю ложное ощущение защищенности. Даже стойкие криптографические алгоритмы подвергаются опасности, если могут быть найдены и идентифицированы секретные компоненты.

После извлечения данных из устройства потребуется проанализировать их для определения реальных значений данных. В этом поможет знание простых криптографических алгоритмов (описанных в главе 6) и обычно используемых в таких случаях методов запутывания смысла. Известны также более сложные механизмы защиты / запутывания данных, например программа Tamper Resistant Software компании Cloakware Corporation (www.cloakware.com). Также в этом случае может помочь книга Брюса Шнайера (Bruce Schneier) «Прикладная криптография» (Applied Cryptography, John Wiley & Sons, 1996). В книге описана история криптографии и представлены десятки криптографических протоколов, алгоритмов и примеров реализующих программ. В целом это неплохая отправная точка для криптографического анализа извлеченных из устройства данных.