M2354错误注入攻击(Fault Injection Attack)防护

摘要(Abstract)

就在全球行动运算IP大厂Arm推出它的新隔离技术TrsutZone™不久，黑客界就顺势推出其针对该架构所发表的攻击，并号称能够绕过TrustZone™的保护，姑且不论黑客最终是否能够靠该破解取得任何实质的信息或利益，我们所能够知道的是，黑客所使用的方法，就是一般广为信息安全所知的故障注入攻击方式，由于这种攻击方式具有简单、低成本、设备取得容易等优点，所以广为黑客们所使用，甚至市面上也有专门的套件贩卖。

既然有攻击就会有对应的防护，而防护的方法简单可分为软件防护与硬件防护。针对故障注入的软件防护，需要先分析出可能的弱点，并针对这些弱点，进行对应的软件开发与防护，这对软件工程人员来说，需要相当专业的信息安全知识与技能才能够做到。

而使用具有硬件防护的设备，对错误注入攻击的防护，在软件开发上则相对简单很多，由于MCU在设计时，就已经将错误攻击的防护考虑进硬件的设计当中，相当于产品应用中所需的信息安全专业技术，已经内嵌到硬件里面了，接下来软件工程师所需要的就只是打开它们，就能够很好的防护故障注入攻击，相对而言轻松许多，且最大程度的避免软件疏失而造成安全漏洞。

错误注入攻击的硬件防护

当产品的执行条件，超出了原本预设的规范，将使产品的运行出错，如果能够限缩这样的执行条件出现在特定的时间，且只持续一段极短的时间，便足以能够让产品在执行特定指令的时候出错，而其它指令又能够正常的执行，这便是所谓的错误注入攻击，常见的方式，是通过短暂地超出半导体组件运行规范的电压、频率来进行攻击， 因此就防护而言，只要能够有效地侦测到不正常的电压与频率，就可以实时的进行应对，实时阻断攻击。

为了保证硬件能够随时有效的应对攻击，侦测硬件必须被独立于平常工作的电路之外，拥有自己的供电、频率系统，以避免外来的攻击同时瘫痪掉侦测电路，除此之外，侦测电路也要能够直接控制关键硬件，使其自动进行必要的保护动作，例如清除内存内的秘钥等，以避免因为错误注入产生的软件错误，而无法正常进行被攻击时的关键处置。

Figure 1: Tamper侦测来自电压、频率的攻击，并通知CPU与直接触发Key Store保护机制。

电压与频率攻击与处置

M2354在错误注入防护硬件上，涵盖了各种不同的电压与频率攻击方式，并依此设计了应对的方式，列表如下:

侦测方式	一般状况	受攻击状态	保护方式
使用EADC侦测VDD	1.62V ~ 3.6V	1.62V ~ 3.6V以外的电压	软件介入
高电压侦测	VDD < 4.0V	VDD >= 4.0V	硬件中断并触发默认动作
低压突破侦测	使用者设定容错范围	超出设定的容错范围	硬件中断并触发默认动作
VBAT电压侦测	RTC正常运作	VBAT低电压	硬件中断并触发默认动作
掉电侦测	LDO_CAP在预设的高低压界线内	LDO_CAP超出预设的高低压界线之外	硬件中断并触发默认动作
高速外部频率失效侦测	频率源稳定并持续	频率源消失	硬件自动切换内部频率源
低速外部频率失效侦测	频率源稳定并持续	频率源消失	硬件自动切换内部频率源
高速外部频率监测	频率落于默认范围内	频率超出默认范围	由中断来通知软件介入
低速外部频率监测	频率落于默认范围内	频率超出默认范围	硬件中断并触发默认动作

上表中的”默认动作”，可以只是软件介入，也可以是强制的系统重置或是强制的清除所有Key Store所存储的秘钥。

总结

对于微控制器产品而言，错误注入攻击确实是一个简单、有效又低成本的攻击，这也造成了这种攻击经常被黑客所利用，为了保护产品内的重要信息，对于这种攻击的防护势在必行。然而纯粹以软件的方式来进行防护，除了需要有信息安全专业的工程师外，更必须有一套严谨的检查机制来防止人为的疏漏，相对而言，建构在硬件侦测的防护方式，工程师只要打开所有的硬件防护，设定相应的动作，就可以完整的防止来自于电源与频率的攻击，硬件防护要显得容易得多。

因此，利用M2354的错误注入攻击防护设计，可以让使用者可以更专心的在产品功能的开上，不用为了信息安全的保护，增加太多额外的工作，减少了开发防护机制额外增加的时间与成本。

审核编辑：汤梓红