【技術干貨】M2354 錯誤注入攻擊 (Fault Injection Attack) 防護
摘要
就在全球行動運算IP大廠Arm推出它的新隔離技術TrsutZon不久，黑客界就順勢推出其針對該架構所發表的攻擊，并號稱能夠繞過TrustZon的保護，姑且不論黑客最終是否能夠靠該破解取得任何實質的信息或利益，我們所能夠知道的是，黑客所使用的方法，就是一般廣為信息安全所知的故障注入攻擊方式，由于這種攻擊方式具有簡單、低成本、設備取得容易等優點，所以廣為黑客們所使用，甚至市面上也有專門的套件販賣。
既然有攻擊就會有對應的防護，而防護的方法簡單可分為軟件防護與硬件防護。針對故障注入的軟件防護，需要先分析出可能的弱點，并針對這些弱點，進行對應的軟件開發與防護，這對軟件工程人員來說，需要相當專業的信息安全知識與技能才能夠做到。
而使用具有硬件防護的設備，對錯誤注入攻擊的防護，在軟件開發上則相對簡單很多，由于MCU在設計時，就已經將錯誤攻擊的防護考慮進硬件的設計當中，相當于產品應用中所需的信息安全專業技術，已經內嵌到硬件里面了，接下來軟件工程師所需要的就只是打開它們，就能夠很好的防護故障注入攻擊，相對而言輕松許多，且最大程度的避免軟件疏失而造成安全漏洞。
錯誤注入攻擊的硬件防護
當產品的執行條件，超出了原本預設的規范，將使產品的運行出錯，如果能夠限縮這樣的執行條件出現在特定的時間，且只持續一段極短的時間，便足以能夠讓產品在執行特定指令的時候出錯，而其它指令又能夠正常的執行，這便是所謂的錯誤注入攻擊，常見的方式，是通過短暫地超出半導體組件運行規范的電壓、頻率來進行攻擊， 因此就防護而言，只要能夠有效地偵測到不正常的電壓與頻率，就可以實時的進行應對，實時阻斷攻擊。
為了保證硬件能夠隨時有效的應對攻擊，偵測硬件必須被獨立于平常工作的電路之外，擁有自己的供電、頻率系統，以避免外來的攻擊同時癱瘓掉偵測電路，除此之外，偵測電路也要能夠直接控制關鍵硬件，使其自動進行必要的保護動作，例如清除內存內的秘鑰等，以避免因為錯誤注入產生的軟件錯誤，而無法正常進行被攻擊時的關鍵處置。
Figure 1: Tamper偵測來自電壓、頻率的攻擊，并通知CPU與直接觸發Key Store保護機制。
電壓與頻率攻擊與處置
M2354在錯誤注入防護硬件上，涵蓋了各種不同的電壓與頻率攻擊方式，并依此設計了應對的方式，列表如下:
上表中的”默認動作”，可以只是軟件介入，也可以是強制的系統重置或是強制的清除所有Key Store所存儲的秘鑰。
總結
對于微控制器產品而言，錯誤注入攻擊確實是一個簡單、有效又低成本的攻擊，這也造成了這種攻擊經常被黑客所利用，為了保護產品內的重要信息，對于這種攻擊的防護勢在必行。然而純粹以軟件的方式來進行防護，除了需要有信息安全專業的工程師外，更必須有一套嚴謹的檢查機制來防止人為的疏漏，相對而言，建構在硬件偵測的防護方式，工程師只要打開所有的硬件防護，設定相應的動作，就可以完整的防止來自于電源與頻率的攻擊，硬件防護要顯得容易得多。
因此，利用M2354的錯誤注入攻擊防護設計，可以讓使用者可以更專心的在產品功能的開上，不用為了信息安全的保護，增加太多額外的工作，減少了開發防護機制額外增加的時間與成本。
編輯：zzy 最后修改時間：2021-12-27
