硬件加密破解与嵌入式系统攻击（第二篇）

本文主要是介绍硬件加密破解与嵌入式系统攻击（第二篇），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

一、概述

硬件加密破解与嵌入式系统攻击是硬件渗透测试的重要组成部分。这一部分涉及如何绕过硬件加密机制、攻击嵌入式系统中的软件和硬件漏洞。本文将详细讲解破解硬件加密、利用嵌入式系统漏洞的技术与方法，内容特别详细，难度较高，并附有大量代码示例。

二、硬件加密破解技术

1. 加密算法的分析与破解

硬件设备通常采用各种加密算法来保护数据，破解这些加密算法是渗透测试的重要环节。

2. 防御边信道攻击

3. 加固固件安全

• 对称加密算法破解：

• 示例：使用已知明文攻击（Known-Plaintext Attack）破解AES加密。

  from Crypto.Cipher import AESdef decrypt_aes(ciphertext, key):cipher = AES.new(key, AES.MODE_ECB)return cipher.decrypt(ciphertext)key = b'Sixteen byte key'
  ciphertext = b'\x00' * 16
  plaintext = decrypt_aes(ciphertext, key)
  print(plaintext)
  

  公钥加密算法破解：

• 示例：通过弱密钥生成算法破解RSA加密。

  from Crypto.PublicKey import RSAdef rsa_weak_key_crack(n, e, d):rsa_key = RSA.construct((n, e, d))return rsa_keyn = 3233
  e = 17
  d = 413
  key = rsa_weak_key_crack(n, e, d)
  print(key.exportKey())
  

  2. 硬件加密芯片的攻击

  一些硬件设备会采用专用加密芯片来保护敏感数据。攻击这些芯片可以直接获得加密密钥或解密数据。

• 功耗分析攻击（Power Analysis Attack）：

  • 概述：通过测量芯片工作时的功耗变化，推断出加密密钥。

• 示例：使用Python模拟简单功耗分析攻击。

  import numpy as npdef power_analysis_attack(power_traces, ciphertexts):guesses = np.zeros(256)for trace, ciphertext in zip(power_traces, ciphertexts):for key_guess in range(256):hypothesis = trace_model(ciphertext, key_guess)guesses[key_guess] += correlation(trace, hypothesis)return np.argmax(guesses)# 模拟功耗攻击
  power_traces = [np.random.rand(100) for _ in range(10)]
  ciphertexts = [np.random.rand(16) for _ in range(10)]
  key = power_analysis_attack(power_traces, ciphertexts)
  print(f"Guessed Key: {key}")
  

  3. 边信道攻击

  边信道攻击是通过分析设备的物理属性（如电磁辐射、功耗、声音等）来推断加密密钥或敏感信息。

• 电磁辐射攻击：
  • 使用专用设备采集设备工作时的电磁辐射数据，进行分析。
• 示例：使用Python分析电磁辐射数据。

  import numpy as npdef analyze_em_signal(em_signal):# 对电磁辐射信号进行处理与分析spectrum = np.fft.fft(em_signal)return np.argmax(spectrum)em_signal = np.random.rand(1000)
  signal_peak = analyze_em_signal(em_signal)
  print(f"EM Signal Peak: {signal_peak}")
  

  三、嵌入式系统攻击技术

  1. 固件修改与重新刷写

  通过逆向工程提取和修改嵌入式系统固件，重新刷写到设备中，实现对设备的控制。

• 固件分析与修改：

  • 使用工具如Ghidra或IDA Pro分析固件，找到可以修改的函数或数据。

• 示例：使用Ghidra修改固件中的关键函数。

  ghidra Firmware.bin
  # 查找函数，修改其操作码，重新编译
  

  固件重新刷写：

• 通过JTAG或UART接口，将修改后的固件刷写到设备中。

  openocd -f interface/jtag.cfg -c "init; reset halt" -c "flash write_image erase modified_firmware.bin 0x08000000" -c "reset run; exit"
  

  2. 缓冲区溢出与代码注入

  通过嵌入式系统的缓冲区溢出漏洞，执行任意代码或获得设备控制权。

• 发现与利用缓冲区溢出漏洞：
• 示例代码：通过UART接口发送特制数据包，触发溢出。

  overflow_payload = b"A" * 128 + b"\xef\xbe\xad\xde"
  ser.write(overflow_payload)
  

  3. 固件调试与命令注入

  在调试固件时，通过命令注入或环境变量覆盖等技术，获取设备的高级权限。

• 调试与命令注入：
  • 使用JTAG或UART接口调试固件，寻找可以注入命令的地方。
• 示例代码：注入恶意Shell命令。

  ser.write(b";/bin/sh\n")
  response = ser.read(100)
  print(response)
  

  4. 外设接口攻击

  通过分析和利用嵌入式系统的外设接口（如I2C、SPI、CAN等），对设备进行攻击或窃取数据。

• 接口分析：
  • 使用逻辑分析仪或示波器分析外设接口的信号。
• 攻击实例：通过I2C接口窃取数据。

  import smbusbus = smbus.SMBus(1)
  device_address = 0x50
  data = bus.read_i2c_block_data(device_address, 0, 16)
  print(f"Stolen Data: {data}")
  

  四、硬件安全的防御措施

  1. 强化硬件设计

• 加密硬件：采用专用的硬件加密模块，提高硬件加密的强度。

• 防止物理访问：通过物理手段限制对设备内部硬件的访问，如使用防篡改封装。

• 信号屏蔽：对电磁辐射、功耗等进行屏蔽，降低边信道攻击的风险。

• 代码审计与加固：对固件代码进行安全审计，防止缓冲区溢出、命令注入等漏洞。

• 固件加密：对固件进行加密存储，并使用数字签名验证固件的完整性。

  • 随机化操作：通过随机化加密算法的操作顺序或引入随机噪声，增加攻击难度。

五、总结

我们再次探讨了硬件加密破解与嵌入式系统攻击的技术与方法，包括破解加密算法、攻击加密芯片、利用嵌入式系统漏洞等。通过掌握这些高级技术，渗透测试的伙伴们可以有效地发现和利用硬件设备的安全漏洞。

这篇关于硬件加密破解与嵌入式系统攻击（第二篇）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！

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