第 1章 牙科衛生：嵌入式安全簡介 1
1.1 硬件組件 1
1.2 軟件組件 3
1.2.1 初始引導代碼 3
1.2.2 引導加載程序 4
1.2.3 可信執行環境操作系統和可信應用程序 4
1.2.4 固件映像 5
1.2.5 主操作系統內核和應用程序 5
1.3 硬件威脅建模 5
1.3.1 什么是安全 6
1.3.2 攻擊樹 8
1.4 剖析攻擊者 8
1.5 攻擊類型 10
1.5.1 針對硬件的軟件攻擊 10
1.5.2 PCB級攻擊 12
1.5.3 邏輯攻擊 13
1.5.4 非入侵攻擊 14
1.5.5 芯片入侵攻擊 14
1.6 資產和安全目標 17
1.6.1 二進制代碼的機密性和完整性 18
1.6.2 密鑰的機密性和完整性 18
1.6.3 遠程引導證明 19
1.6.4 個人可識別信息的保密性和完整性 20
1.6.5 傳感器數據完整性和機密性 20
1.6.6 內容機密性保護 20
1.6.7 安全性和故障容忍性 21
1.7 對策 21
1.7.1 保護 21
1.7.2 檢測 22
1.7.3 響應 22
1.8 攻擊樹示例 22
1.8.1 識別與利用 25
1.8.2 可擴展性 25
1.8.3 分析攻擊樹 25
1.8.4 對硬件攻擊路徑進行評分 25
1.9 披露安全問題 27
1.10 總結 28
第 2章 伸出手，觸摸我，觸摸你：硬件外圍設備接口 29
2.1 電子基礎知識 29
2.1.1 電壓 30
2.1.2 電流 30
2.1.3 電阻 30
2.1.4 歐姆定律 30
2.1.5 交流/直流 31
2.1.6 電阻 31
2.1.7 功率 32
2.2 數字通信邏輯協議 32
2.2.1 邏輯電平 33
2.2.2 高阻抗、上拉和下拉 34
2.2.3 推挽vs.三態vs.集電極開路或漏極開路 35
2.2.4 異步vs.同步vs.嵌入式時鐘 36
2.2.5 差分信號 37
2.3 低速串行接口 38
2.3.1 通用異步接收發送設備串行 38
2.3.2 串行外圍接口 40
2.3.3 內部IC接口 42
2.3.4 安全數字輸入/輸出和嵌入式多媒體卡 45
2.3.5 CAN總線 46
2.3.6 JTAG和其他調試接口 47
2.4 并行接口 50
2.5 高速串行接口 52
2.5.1 通用串行總線 52
2.5.2 PCI Express 54
2.5.3 以太網 54
2.6 測量 54
2.6.1 萬用表：伏特 55
2.6.2 萬用表：連通性 55
2.6.3 數字示波器 55
2.6.4 邏輯分析儀 59
2.7 總結 59
第3章 接頭套管：識別組件和收集信息 60
3.1 信息收集 60
3.1.1 聯邦通信委員會備案 61
3.1.2 專利 62
3.1.3 數據手冊和原理圖 64
3.1.4 信息搜索示例：USB armory設備 65
3.2 拆解示例 71
3.2.1 識別電路板上的IC 71
3.2.2 小型引線封裝：SOIC、SOP和QFP 73
3.2.3 無引線的封裝：SO和QFN 74
3.2.4 球柵格陣列 75
3.2.5 芯片級封裝 77
3.2.6 DIP、通孔和其他 77
3.3 PCB上的IC封裝示例 78
3.4 映射PCB 83
3.5 從固件中提取信息 88
3.5.1 獲取固件映像 88
3.5.2 分析固件映像 90
3.6 總結 96
第4章 瓷器店里的公牛：引入故障注入 97
4.1 故障安全機制 98
4.1.1 規避固件簽名驗證 98
4.1.2 獲得對鎖定功能的訪問權限 98
4.1.3 恢復加密密鑰 99
4.2 OpenSSH故障注入練習 99
4.2.1 將故障注入C代碼 99
4.2.2 將故障注入機器代碼 101
4.3 故障注入器 102
4.3.1 目標設備和故障目標 103
4.3.2 故障注入工具 103
4.3.3 目標準備和控制 104
4.4 故障查找方法 108
4.4.1 發現故障原語 108
4.4.2 搜索有效故障 111
4.4.3 搜索策略 117
4.4.4 分析結果 119
4.5 總結 121
第5章 不要舔探頭：如何注入故障 122
5.1 時鐘故障攻擊 122
5.1.1 亞穩態 126
5.1.2 故障敏感性分析 128
5.1.3 局限性 129
5.1.4 所需硬件 129
5.1.5 時鐘故障注入參數 131
5.2 電壓故障注入 132
5.2.1 產生電壓故障 132
5.2.2 構建基于多路復用器的注入器 133
5.2.3 短接攻擊 136
5.2.4 使用短接器攻擊樹莓派 137
5.2.5 電壓故障注入參數搜索 142
5.3 電磁故障注入攻擊 142
5.3.1 產生電磁故障 144
5.3.2 電磁故障注入的架構 144
5.3.3 EMFI脈沖形狀和寬度 146
5.3.4 電磁故障注入的搜索參數 147
5.4 光學故障注入 147
5.4.1 芯片準備 148
5.4.2 正面和背面攻擊 149
5.4.3 激光源 150
5.4.4 光學故障注入設置 151
5.4.5 光學故障可配置注入參數 152
5.5 基底偏置注入 152
5.6 硬件故障的觸發 154
5.7 總結 156
第6章 測試時間：故障注入實驗室 157
6.1 第 一個例子：簡單的循環 158
6.2 第二個例子：注入有用的故障 161
6.2.1 使用短接電路故障來攻擊配置字段 161
6.2.2 多路復用故障注入 174
6.3 第三個例子：差分故障分析 179
6.3.1 一點RSA數學知識 179
6.3.2 從目標獲取正確的簽名 182
6.4 總結 185
第7章 X標記現場：Trezor One錢包內存轉儲 186
7.1 攻擊介紹 186
7.2 Trezor One錢包內部細節 187
7.3 USB讀取請求故障 188
7.4 反匯編代碼 190
7.5 構建固件，進行故障注入攻擊 191
7.6 USB觸發和時序 194
7.7 實踐案例 197
7.7.1 設置 197
7.7.2 查看故障注入代碼 198
7.7.3 運行代碼 201
7.7.4 確認轉儲 202
7.7.5 微調EM脈沖 203
7.7.6 基于USB消息的時序調整 203
7.8 總結 204
第8章 我有力量：功率分析簡介 206
8.1 定時攻擊 207
8.1.1 硬盤驅動器定時攻擊 209
8.1.2 定時攻擊的功率測量 212
8.2 簡單功率分析 212
8.2.1 在RSA上應用SPA 213
8.2.2 將SPA應用于RSA和Redux 215
8.2.3 ECDSA上的SPA 217
8.3 總結 222
第9章 測試時間：簡單功率分析 223
9.1 家庭實驗室 223
9.1.1 構建基本硬件設置 223
9.1.2 購買設備 227
9.1.3 準備目標代碼 227
9.1.4 構建安裝程序 229
9.2 整合：SPA攻擊 231
9.2.1 準備目標 231
9.2.2 準備示波器 232
9.2.3 信號的分析 234
9.2.4 編寫通信和分析腳本 234
9.2.5 編寫攻擊腳本 237
9.3 ChipWhisperer-Nano示例 240
9.3.1 構建和加載固件 240
9.3.2 通信分析 240
9.3.3 捕獲軌跡 241
9.3.4 從軌跡到攻擊 243
9.4 總結 246
第 10章 追蹤差異：基礎差分功率分析 247
10.1 微控制器內部 248
10.1.1 改變電容器上的電壓 248
10.1.2 從電源到數據再到電源 250
10.2 直觀的異或運算示例 251
10.3 差分功率分析攻擊 253
10.3.1 使用泄露假設預測功率 253
10.3.2 Python中的DPA攻擊 256
10.4 了解你的敵人：高級加密標準速成課程 260
10.5 相關功率分析攻擊 262
10.5.1 相關系數 263
10.5.2 使用CPA攻擊AES-128 267
10.5.3 與目標設備通信 271
10.5.4 示波器捕獲速率 272
10.6 總結 272
第 11章 更加極客：高級功率分析 273
11.1 主要障礙 274
11.2 衡量成功 276
11.2.1 基于成功率的度量 276
11.2.2 基于熵的度量 277
11.2.3 相關峰值進度 278
11.2.4 相關峰值高度 279
11.3 真實設備上的測量 280
11.3.1 設備操作 280
11.3.2 測量探頭 282
11.3.3 確定敏感網絡 285
11.3.4 自動探頭掃描 285
11.3.5 示波器設置 286
11.4 軌跡集分析與處理 289
11.4.1 分析技術 290
11.4.2 信號處理 299
11.4.3 使用卷積神經網絡的深度學習 302
11.5 總結 304
第 12章 測試時間：高級差分功率分析 305
12.1 引導加載程序簡介 305
12.1.1 引導加載程序通信協議 306
12.1.2 AES-256 CBC的詳細信息 307
12.1.3 攻擊AES-256 307
12.2 獲取和構建引導加載程序代碼 309
12.3 運行目標并捕獲軌跡 309
12.3.1 計算CRC 310
12.3.2 與引導加載程序通信 310
12.3.3 捕獲概覽軌跡 310
12.3.4 捕獲詳細軌跡 312
12.4 分析 312
12.4.1 第 14輪密鑰 313
12.4.2 第 13輪密鑰 314
12.5 恢復初始向量 317
12.5.1 要捕獲的內容 317
12.5.2 獲取第 一條軌跡 318
12.5.3 獲取剩余軌跡 319
12.5.4 分析 319
12.6 攻擊簽名 323
12.6.1 攻擊理論 323
12.6.2 功率分析軌跡 323
12.6.3 分析 324
12.6.4 所有4字節 325
12.7 分析引導加載程序源代碼 325
12.8 總結 328
第 13章 不是玩笑：現實工作中的例子 330
13.1 故障注入攻擊 330
13.1.1 PlayStation 3虛擬機管理程序 330
13.1.2 Xbox 360游戲機 333
13.2 功率分析攻擊 335
13.3 總結 340
第 14章 重新思考：防御對策、認證和完美防御 343
14.1 防御對策 344
14.1.1 實施防御對策 344
14.1.2 驗證防御對策 357
14.2 行業認證 359
14.3 變得更好 362
14.4 總結 362