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为了防止未经授权访问或拷贝单片机的机内程序#xff0c;大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节#xff0c;以保护片内程序。如果在编程时加密锁定位被使能#xff08;锁定#xff09;#xff0c;就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序大部分单片机都带有加密锁定位或者加密字节以保护片内程序。如果在编程时加密锁定位被使能锁定就无法用普通编程器直接读取单片机内的程序这就是所谓单片机加密或者说锁定功能。事实上这样的保护措施很脆弱很容易被破解。单片机攻击者借助专用设备或者自制设备利用单片机芯片设计上的漏洞或软件缺陷通过多种技术手段就可以从芯片中提取关键信息获取单片机内程序。 单片机攻击技术解析 目前攻击单片机主要有四种技术分别是 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 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。目前在其他加密方法的基础上可以研究出一些设备配合一定的软件来做软件攻击。近期国内出现了了一种51单片机解密设备成都一位高手搞出来的这种解密器主要针对SyncMos. Winbond在生产工艺上的漏洞利用某些编程器定位插字节通过一定的方法查找芯片中是否有连续空位也就是说查找芯片中连续的FF FF字节插入的字节能够执行把片内的程序送到片外的指令然后用解密的设备进行截获这样芯片内部的程序就被解密完成了。 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。目前RF编程器可以直接读出老的型号的加密MCU中的程序就是采用这个原理。 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 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。 侵入型攻击的一般过程 侵入型攻击的第一步是揭去芯片封装简称“开盖”有时候称“开封”英文为 “DECAP”decapsulation。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完全家庭中操作。 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 这就可能造成解密失败。 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。 入型攻击的第一步是揭去芯片封装简称“开盖”有时候称“开封”英文为“DECAP”decapsulaTIon。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这就可能造成解密失败。 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或切割掉整个加密电路或连接13根金线通常称FIBfocused ion beam就能禁止整个保护功能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
