Изследователи са измислили как да се борят с хакерите с физически достъп до системи

На конференцията ISSCC 2024 бяха представени няколко интересни предложения за защита на електронни схеми и компоненти от хакерски атаки с физически достъп до системата. Това е най-уязвимата ситуация за оборудването, когато хакерът не е ограничен от времето и ресурсите си.

Най-ефективният метод за хакване на системата е да се скицират пинове за четене на сигнали върху сигналните линии на процесора. Екип от изследователи от Колумбийския университет в Ню Йорк, ръководен от водещия инженер на Intel Вивек Де е предложил решение, което автоматично противодейства на този тип атаки. Те са създали чип, който измерва капацитета на шината за данни от процесора. Чипът е калибриран да открива промени в капацитета от 0,5 пикофарада (pF) в широк температурен диапазон.

При опит да се манипулира линия, наблюдавана от чипа, той открива физическа намеса и задейства автоматичен процес на криптиране на данните.

Изследователите смятат, че постоянното криптиране на абсолютно всички данни е загуба на процесорна мощ. От друга страна, предложеният от тях метод натоварва системата с криптиране само по време на началото на манипулацията от страна на нарушителя.

Възможно е също така да се откраднат данни от дадена система чрез записване на електромагнитно излъчване или чрез пулсации на потреблението. За това не е необходим физически контакт с атакуваната система. Тогава за защита на данните може да се използва друга схема, предложена от изследователи от Тексаския университет в Остин. Тъй като данните за AES-ключа могат да бъдат получени чрез електромагнитно излъчване, изследователите предлагат да се замъгли сигналът по време на процеса на генериране на ключа.

По-конкретно те разделят алгоритъма за генериране на четири изчислителни компонента и ги изпълняват паралелно с леко отместване един спрямо друг. Това прави сигнала нечетим.

За да се бъдат объркани допълнително хакери, в атакуваната система бяха задействани измамни сигнали, симулиращи процеси на генериране на ключове. Всичко това заедно драстично повишава защитата срещу атаки по странични канали, които включват и типа атаки, които отчитат електромагнитни смущения от компютърните платформи. Това твърдение е проверено на практика.

Опитите за разбиване на ключ с помощта на високочувствителен електромагнитен скенер завършиха без резултат след 40 милиона подхода, докато обикновено бяха необходими около 500 опита за разбиване на ключ.

Накрая беше предложено решение за физическо унищожаване на електронните схеми при опити да се прочете информация от тях по един или друг начин. Това беше направено от група в Университета на Върмонт с помощта на технология на Marvell. Предложението на групата се основава на две неща. Първо, разработен е механизъм за определяне дали дадена електронна схема е компрометирана. Второ, предложени са механизми за физическо унищожаване на електронни схеми. Взети заедно, те обещават да доведат до самоунищожаване на чиповете, когато се открие подправяне или опити за четене на данни от електронните компоненти.

За да определят смущенията, изследователите използват методологията PUF (физически неклонируема функция). Това е своеобразен пръстов отпечатък на чипа, който се формира въз основа на малки вариации в характеристиките на транзисторите. Всички те по дефиниция не могат да бъдат идентични с доста откриваеми разлики в токовите характеристики, в усилването и т.н.

Ако чипът бъде компрометиран, неговите характеристики, изразени в PUF също ще се променят. Tова ще сигнализира за саморазрушаване на защитения блок от чипа или на целия чип. Изследователите предлагат унищожаването на чипа да става по два начина. Например, може да се приложи по-голям ток към най-дългите проводници на защитения възел. Тогава в най-тесните места на натоварения участък ще настъпи електромиграция. Aвтоматичното увеличаване на нивото на тока там ще доведе до физическо преместване на атомите на проводниците. След това ще се образуват на кухини или отворени участъци в чипа. Друг вариант включва тривиално увеличаване на напрежението на транзисторите в чипа от 1 V на 2,5 V, например. Това ще доведе до пробив и повреда на електронните устройства.