在上一篇文章中，我们使用ChipWhisperer处理了Vcc小故障攻击。 我们的进一步目标是分阶段研究读取受保护的固件微控制器的过程。 使用此类攻击，攻击者可以访问所有设备密码和软件算法。 一个生动的例子是使用Vcc-glitch攻击通过MK STM32F042板对 Ledger Nano S硬件加密钱包的黑客攻击。
有意思吗 让我们在猫下看。
我们从一篇显示Vcc小故障攻击结果的文章中了解了读取受保护固件的可能性-通过引导加载程序绕过RDP保护字节，用于几个微控制器（以下称为MK）。 我们还建议您阅读有关破坏ESP32的文章 。
该研究的理论基础是使用ChipWhisperer通过面罩加载器成功读取LPC1114的受保护固件的指南 。
与第一篇文章一样，我们决定在MK STM32F103RBT6板上进行实验：
板STM32F103RBT6
将数据写入闪存和RAM扇区或读取它们以及对MK存储器执行其他操作的能力取决于保护字节的值（对于STM32-RDP）。 对于不同的MK，保护字节的值和用途以及检查它们的算法是不同的。
硬件设定
让我们开始实验。 首先，您需要根据该图将ChipWhisperer连接到MK：
ChipWhisperer与STM32的连接图，用于通过模板加载器读取受保护的固件
图中标出了应从STM32F103RBT6板上移除的元件（与标准MK连接相反）。 箭头指示ChipWhisperer的连接点，签名指示其引脚。
如图所示，不需要外部石英，因为在使用掩膜器时，MK STM32F103RBT6使用内部时钟的频率为24 MHz，因此ChipWhisperer与MK之间没有同步。
让我们继续设置ChipWhisperer。 如上所述，ChipWhisperer的推荐频率为24 MHz（或其他倍数）。 此频率的倍数越高，您可以更准确地调整起音时刻。 由于缺乏同步，scope.glitch.offset参数的选择是可选的；可以将任何值分配给它。
必须根据ChipWhisperer的设置频率选择参数scope.glitch.repeat和scope.glitch.width。 对于较大的频率值，所有短期脉冲（其数量由scope.glitch.repeat设置）将合并为一个长脉冲。 因此，可以选择参数scope.glitch.width和scope.glitch.repeat修复的值，反之亦然。 我们发现最佳脉冲持续时间应约为80 ns（定义为最大脉冲宽度的一半）。
仍然可以选择参数scope.glitch.ext_offset的值。
选择scope.glitch.ext_offset
首先，您需要选择攻击时刻。 根据STM公司文件中提出的方案，在收到从闪存扇区读取数据的请求后，将检查保护字节值：
用于响应从闪存扇区读取数据的请求的算法
为了验证这种验证方案的有效性，我们通过ST-Link读取了具有RDP保护的类似MK的Bootloader可执行代码。 下图显示了部分读取内存命令处理算法。
处理内存读取命令的一般视图（对RDP检查功能的调用以及在检查失败的情况下发送NACK清晰可见）
RDP验证功能主体
让我们注意一下RDP检查功能的主体：可以看出，正在0x40022000 + 0x1C读取寄存器，逻辑移位为30位并分支。 从PM0075编程手册（STM32F10xxx闪存微控制器）的文档中，可以清楚地看到0x40022000是闪存控制器的基地址，而0x1C是FLASH_OBR寄存器偏移量 ，我们感兴趣的是RDPRT的第二位：读取保护，其中包含RDP保护状态。
攻击的必要时刻是开发LDR指令（从内存加载）。 该指令位于读取固件的请求（发送0x11字节和0xEE ）与UART的ACK / NOACK MK响应之间。 为了从视觉上解决这一问题，有必要将示波器连接到UART1_RX（引脚PA10）和UART1_TX（引脚PA9），然后根据UART1监视电压变化。 结果，具有所选scope.glitch.ext_offset值的功率起伏波形应如下所示：
选择攻击时刻
固件读取脚本
现在，您需要在Python代码中指定CW_TRIG触发器的触发时刻，以便拦截通过UART1_RX传输校验和的时刻。 ChipWhisperer有一个用于与STM32 MK maskloader通信的库。 在正常模式下，该库用于使用位于class STM32FSerial(object)文件中的类class STM32FSerial(object)将手册中的固件从手册下载到MK，其路径为software/chipwhisperer/hardware/naeusb/ 。 要激活触发器，您需要将该类复制到主要的可执行脚本中，以使类方法CmdGeneric(self, cmd)成为全局可访问的对象，并在发送请求的校验和（0xEE）以读取内存扇区之前添加scope.arm()命令。 最后的课程在下面的扰流器中给出。
用于将ChipWhisperer与STM32通信的类 import time import sys import logging from chipwhisperer.common.utils import util from chipwhisperer.hardware.naeusb.programmer_stm32fserial import supported_stm32f from chipwhisperer.capture.api.programmers import Programmer
应该注意的是，STM32F1xx maskloader使您可以在单个请求中从指定的闪存扇区读取不超过256个字节的固件。 因此，在读取MK的整个固件时，有必要在Vcc小故障攻击期间执行几个读取请求。 然后，应将收到的256个字节分成8个32字节的数组，并从中形成一个HEX文件。
HEX转换器代码和辅助功能 def int2str_0xFF(int_number, number_of_bytes): return '{0:0{1}X}'.format(int_number,number_of_bytes_in_string) def data_dividing_from_256_to_32_bytes (data_to_divide, mem_sector, mem_step=32): if mem_sector > 0xFFFF: mem_conversion = mem_sector >> 16 mem_conversion = mem_sector - (mem_conversion << 16) data_out = '' for i in range(int(256/mem_step)): data_vector = data_to_divide[(i * mem_step):((i + 1) * mem_step)] mem_calc = mem_conversion + (i * mem_step) data_out += read_and_convert_data_hex_file(data_vector, mem_calc, mem_step) + '\n' return data_out def read_and_convert_data_hex_file(data_to_convert, memory_address, mem_step): addr_string = memory_address -((memory_address >> 20) << 20) data_buffer = '' crcacc = 0 for x in range(0, len(data_to_convert)): data_buffer += int2str_0xFF(data_to_convert[x], 2) crcacc += data_to_convert[x] crcacc += mem_step temp_addr_string = addr_string for i in range (4, -1, -2): crcacc += temp_addr_string >> i*4 temp_addr_string -= ((temp_addr_string >> i*4) << i*4) crcacc_2nd_symbol = (crcacc >> 8) + 1 crcacc = (crcacc_2nd_symbol << 8) - crcacc if crcacc == 0x100: crcacc = 0 RECTYP = 0x00 out_string = ':'+ Int_To_Hex_String(mem_step, 2) +\ Int_To_Hex_String((addr_string),4) +\ Int_To_Hex_String(RECTYP, 2) +\ data_buffer +\ Int_To_Hex_String(crcacc, 2) return out_string def send_to_file(info_to_output, File_name, directory): file = open(directory + File_name + '.hex', 'w') file.write(info_to_output) file.close() def reset_target(scope): scope.io.nrst = 'low' time.sleep(0.05) scope.io.nrst = 'high' from collections import namedtuple Range = namedtuple('Range', ['min', 'max', 'step'])
现已完成配置ChipWhisperer设置。 读取固件的最终脚本如下：
该行之后的所有注释掉的print()消息print() except Exception as帮助搜索故障脉冲的最佳参数时监视MC的状态。 要跟踪MK的特定状态，只需取消注释必要的print()消息就足够了。
阅读结果
视频显示了通过ST-LINK编程器将固件下载到MK，将RDP转移到保护状态，然后读取固件：
下列错误可能会阻止成功的Vcc小故障攻击：
•读取错误的内存扇区；
•自发删除固件。
通过提高ChipWhisperer的频率来准确选择起音时刻，将有助于避免此类错误。
在开发并调试了读取受保护固件的算法之后，我们对ST-LINK-V2.1编程器的固件进行了测试读取，该编程器可在STM32F103CBT6 MK上运行。 我们将一些固件缝制在一个“干净的” MK STM32F103CBT6上，并安装了该固件，而不是出厂时的固件。 结果，替换为MK的ST-LINK-V2.1在正常模式下工作，好像没有替代品一样。
我们还试图对STM32F303RCT7进行一系列攻击。 攻击期间的此MK的行为与STM32F103RBT6相同，但对读取内存请求的响应包含等于0x00的字节，这与我们预期的结果不一致。 失败的原因是组织这些MK的保护更加复杂和发达的原则。
STM32F1xx MK有两种保护状态：保护关闭（级别0）和开启（级别1）。 在较早的型号中，有三种保护状态：禁用保护（级别0，RDP = 0x55AA），仅对闪存和SRAM存储器进行保护（级别2，RDP = 0x33CC），仅对闪存进行保护（级别1，RDP采用除以下以外的任何值）从0x55AA和0x33CC）。 由于级别1可以采用许多RDP值，因此设置级别0非常困难。 另一方面，可以通过舍弃RDP字节中的一位（如下图所示）来将保护级别从2级降低到1级（如下图所示），从而可以访问SRAM存储器。
比较不同固件保护级别的RDP值
仍然只有了解攻击者如何利用此优势。 例如，使用本文介绍的CBS（冷启动步进）方法。 此方法基于加载MC之后的SRAM存储器状态的分阶段快照（每个快照的频率在微秒区域内），以获得加密密钥，隐藏的密码或任何其他有价值的信息。 作者建议CBS方法将适用于所有STM32 MK系列。
结论
总结一下我们的实验。 我们花了几天的时间才能完成从先前研究获得的Vcc小故障攻击（可以在此处阅读）。 因此，学习如何进行此类攻击非常容易。
Vcc小故障攻击很危险，因为它们很难防御。 为了减少成功进行此类攻击的可能性，建议使用具有更高防护级别的MK。
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