MCU解密全攻略 為何所有MCU都能被破解（二）

　　圖1-5 意法ST 某型32位MCU打開(kāi)封裝后的SEM圖片

　　一些MCU始終沒(méi)有任何特殊的硬件安全保護(hù)。它們僅僅是基于不公開(kāi)編程算法來(lái)保護(hù)。這可能有偽裝回讀功能，或用校驗(yàn)功能來(lái)代替。一般這些MCU不會(huì)提供非常好的保護(hù)能力。實(shí)際上，在一些智能卡中，適當(dāng)使用校驗(yàn)功能能夠起到很強(qiáng)的保護(hù)作用。

　　下一步增強(qiáng)安全保護(hù)的措施就是增加一個(gè)硬件安全熔絲(security fuse譯者注：安全熔絲就是寄存器)來(lái)禁止訪問(wèn)數(shù)據(jù)。這很容易做到，不需要完全重新設(shè)計(jì)MCU架構(gòu)，僅利用熔絲來(lái)控制編程接口的回讀功能，如圖1-6所示。缺點(diǎn)是熔絲位很容易被定位并進(jìn)行入侵攻擊。

　　例如：熔絲的狀態(tài)可以通過(guò)直接把熔絲位的輸出連到電源或地線上來(lái)進(jìn)行修改。有些例子中僅僅用激光或聚焦離子束來(lái)切斷熔絲的感應(yīng)電路就可以了。用非侵入式攻擊也一樣可以成功。因?yàn)橐粋€(gè)分離的熔絲版圖異于正常的存儲(chǔ)陣列?？梢杂媒M合外部信號(hào)來(lái)使熔絲位處與不能被正確讀出的狀態(tài)，那樣就可以訪問(wèn)存在內(nèi)部芯片上的信息了。用半侵入式攻擊可以使破解者快速取得成功但需要打開(kāi)芯片的封裝來(lái)接近晶粒。一個(gè)眾所周知的方法就是用紫外線來(lái)擦掉安全熔絲。

　　圖1-6 微芯PIC12C508微控制器的安全熔絲位于程序存儲(chǔ)器陣列的外部。
再下一步就是將安全熔絲做成存儲(chǔ)器陣列的一部分，如果已設(shè)好熔絲，可禁止外部讀寫數(shù)據(jù)。一般的熔絲與主存儲(chǔ)器離得很近，或干脆與主存儲(chǔ)器共享一些控制線。因?yàn)榫A廠使用與主存儲(chǔ)器相同的工藝來(lái)制造，熔絲很難被定位和復(fù)位。非侵入式攻擊仍然可用，但需要時(shí)間去尋找。同樣，半侵入式攻擊也可用。當(dāng)然破解者需要更多的時(shí)間去尋找安全熔絲或控制電路負(fù)責(zé)安全監(jiān)視的部分，但這些可以自動(dòng)完成的。進(jìn)行侵入式攻擊將是很困難的，需要手工操作，那將花費(fèi)更多的成本來(lái)破解。

　　圖1-7 飛思卡爾Freescale的MC68HC705C9A微控制器在200倍顯微鏡下可見(jiàn)安全熔絲是存儲(chǔ)器讀寫控制邏輯的一部分

　　更進(jìn)一步的是用主存儲(chǔ)器的一部分來(lái)控制外部對(duì)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。這可以用上電時(shí)鎖定特定區(qū)域地址的信息，將它作為安全熔絲?；蛴妹艽a來(lái)控制對(duì)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。例如德儀的MSP430F112，只有輸入正確的32字節(jié)密碼后才能進(jìn)行回讀操作。如果沒(méi)輸入密碼，只有擦掉芯片后才能操作。盡管這個(gè)保護(hù)方法看上去比先前的更有效，它有一些缺點(diǎn)可以用低成本的非侵入式攻擊如時(shí)序分析和功耗分析來(lái)破解。如果安全熔絲的狀態(tài)是上電或復(fù)位后的存儲(chǔ)器的一部分，這就給破解者用電源噪聲來(lái)破解的機(jī)會(huì)，強(qiáng)制電路進(jìn)入存儲(chǔ)器中的錯(cuò)誤狀態(tài)。

　　圖1-8 PIC16F648A偽頂層金屬層圖案使得對(duì)芯片進(jìn)行微探測(cè)攻擊更困難，200X

　　別的一些使入侵攻擊開(kāi)銷更多的措施包括使用頂層金屬網(wǎng)格。所有的網(wǎng)格都用來(lái)監(jiān)控短路和開(kāi)路，一旦觸發(fā)，會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)器復(fù)位或清零。普通的MCU不會(huì)使用這種保護(hù)方法，因?yàn)樵O(shè)計(jì)較難，且在異常運(yùn)行條件下也會(huì)觸發(fā)，如：高強(qiáng)度電磁場(chǎng)噪聲，低溫或高溫，異常的時(shí)鐘信號(hào)或供電不良。故有些普通的MCU使用更廉價(jià)的偽頂層金屬網(wǎng)格，但這也有非常高效的光學(xué)分析進(jìn)行微探測(cè)攻擊的方法。在智能卡中，電源和地之間鋪了一些這樣的網(wǎng)格線。在這些方法中發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)缺陷使得可以進(jìn)行微探測(cè)攻擊。同樣，這些網(wǎng)格不能保護(hù)非侵入式攻擊。因?yàn)閷?dǎo)線之間有電容，并且光線可以通過(guò)導(dǎo)線抵達(dá)電路的有效區(qū)域，半侵入式攻擊仍然可能。