Bon dia, a la píndola d'avui us parlaré de seguretat en el hardware.
Anem a veure primer un concepte bàsic, que és la cadena de confiança.
La ciberseguretat cerca protegir la confidencialitat de la informació,
l'autenticitat dels interlocutors de la comunicació i la seva privadesa.
Tot això s'essoleix per mitjà d'una cadena de confiança a través de la
qual
tots els sistemes involucrats en provar aquesta seguretat
estan lligats els uns amb els altres.
Preservar les baules d'aquesta cadena és fonamental pel fet que si es
trenca una,
la seguretat queda en risc.
Arrel d'aquesta confiança, de root of trust en anglès,
és el punt on s'encora aquesta cadena i es fonamenta en el principi de
capsa negra.
Què és aquest principi?
Aquest principi diu que tot sistema que participa en el xifrat de xifrat
de la informació
ha de processar aquesta, fer la seva transformació,
de manera opaca a un observador extern.
L'observador extern només veurà les entrades i les sortides, text xifrat,
text pla,
però no tindrà coneixement dels estats de les variables internes
mentre s'estigui executant la transformació.
Sota aquest principi és com s'avaluen el grau de seguretat
dels diferents algoritmes de xifrat de clau simètrica i pública.
És important recalcar que tot i que els algoritmes de xifrat de xifrat
són de domini públic, la seva execució s'ha de fer
sota aquest principi de capsa negra.
Un exemple mecànic d'això seria el d'una combinació d'una caixa forta
antiga.
Tots els mecanismes d'obertura de la porta
estan amagats darrere del blindatge.
Si no es poden veure, podrem fàcilment estimar l'esforç
que un adversari hauria de fer com a molt per trobar la combinació.
Altrament, si l'adversari té mitjans per foradar el blindatge
i introduir una petita càmera,
llavors haurà trencat el principi de capsa negra
i podrà extreure informació que li permeti descobrir
la combinació amb molt menys esforç.
De manera semblant, escoltar el funcionament del mecanisme
amb un sensor acústic també podria trencar aquest principi de capsa
negra
ja que s'estaria fuitant informació del funcionament.
Un altre exemple és el de la famosa màquina d'enigma
emprada durant la Segona Guerra Mundial.
Aquesta era una màquina de xifrat
que emprava tecnologia electromecànica
amb rodets mecànics i contactes elèctrics.
El principi de capsa negra era difícil d'assegurar-lo
en aquest sistema voluminós i sorollós,
múltiple al qual la màquina estava tancada amb clau
en un recinte protegit sota estrictes normes de seguretat
i només podia ser operat per personal habilitat per tal funció.
La captura d'alguns exemples d'enigma
per part dels aliats durant el Conflicte Armat va ser
una de les maneres de trencar aquest principi de capsa negra.
Anem a veure quina és l'arrel de confiança
que ens ofereix la tecnologia integrada d'avui en dia.
Des de més enllà de la invenció del circuit integrat,
a principis dels anys 50, la tecnologia electrònica
s'ha compactat, fet més eficaç,
ha augmentat la seva capacitat de càlcul de manera vertiginosa,
de fet exponencial seguint la famosa Llei de Moore.
Avui en dia no hi ha sistema de processament de la informació
que no utilitzi circuits integrats,
majoritàriament fabricats en tecnologia SEMOS.
Avui hi ha escales de 14 nanòmetres
que poden arribar a contenir milers de milions
de transistors per unitat. Això ha representat
un avenç important pel que fa a poder garantir
el principi de capsa negra. En el circuit integrat,
com el que us mostro a la càmera,
no hi ha parts mòbils, no hi ha senyals acústics,
tot és estàtic, només circulen corrents elèctrics,
en uns components electrònics d'estat sòlid,
peces de mineral que no es mouen.
És aparentment impossible observar
el seu funcionament intern dels processos
criptogràfics quan tenen lloc en un circuit integrat.
És silenciós, ràpid, no emet vibracions
i pot executar milions d'operacions per segon.
Avui en dia, amb el circuit integrat
s'implementen primitives de seguretat,
com són els generadors de nombres aleatoris,
les memòries segures PATH, es dissenyen
microprocessadors criptogràfics
capaços d'executar xifrats de clau simètrica i pública
i microprocessadors capaços d'executar
tota mena d'algoritmes i establir comunicacions amb la xarxa.
Els circuits integrats
poden realment garantir el principi de capsa negra?
Si la resposta la donéssim
fa 50 anys enrere, seria sí.
Però avui en dia la resposta és rotundament no.
I aquest és l'aspecte que tractem
en el tema de seguretat del hardware.
Seguint la mateixa evolució en què han progressat les tècniques
de fabricació integrada, també ho han fet els mitjans
per posar la seguretat dels circuits integrats
en ESCAC. Monitoritzar-los,
avaluar-los, observant les vulnerabilitats,
interferir-los, atacar-los, crear còpies falses, etc.
En la criptografia moderna, els circuits integrats
cal tractar-los com elements de processat que tenen capacitat
de preservar una capsa grisa, més o menys fosca,
en funció de les contramesures que s'hi hagin incorporat.
Per tant, cal detectar les vulnerabilitats
i aplicar les contramesures adequades
per contrarestar les possibles amenaces.
Anem a veure aquestes vulnerabilitats
i amenaces existents en la tecnologia de seguretat integrat.
Es poden distingir dos grans grups
les que apareixen en la fase de disseny i producció
dels mateixos circuits i les que són presents
en el camp o en camp quan el circuit integrat
està en funcionament.
Les primeres poden ser errors de disseny o variacions
interaccionades d'aquest que habitualment tenen
com a conseqüència la creació de portes al darrere,
que fuiten informació de les dades i processos
que s'estan executant dins del circuit integrat.
El ventall de vulnerabilitats i possibles amenaces
és molt ampli i la seva protecció pot suposar
inversions milionàries.
Per mencionar un dels escenaris de vulnerabilitat possible
cal tenir present que molts dels circuits integrats
es dissenyen i fabriquen en continents diferents.
La fabricació té lloc majoritàriament a l'Àsia,
on les legislacions i regulacions
són molt més laxes que la dels països
propietaris dels dissenys. Això es presta a que no es pugui
garantir al 100% els compromisos de confidencialitat.
El segon grup afecta
els circuits integrats, un cop ja estan fabricats
i disponibles al mercat.
Hi ha tres menes d'amenaces a què poden estar sotmesos,
els atacs invasius, els semi-invasius i els no invasius.
Respecte als atacs invasius,
en aquest s'apliquen tècniques d'enginyeria inversa
que permeten arribar a reconstruir el disseny sencer del xip
a partir del daus de silici.
S' elimina l'encapsulat i amb maquinària especialitzada
es va fotografiant i eliminant cap a cap
el material del circuit integrat.
Posteriorment, amb software de reconeixement d'imatge,
es reconstrueixen les fotografies i s'extreu el disseny.
Aquesta és una tècnica extrema que es fa servir
com a preparació per fer altra mena d'atacs més efectius.
Sense arribar a aquest extrem amb maquinària especialitzada,
es poden identificar, editar i alterar
senyals del xip que obrin portes al darrere
que no existien prèviament en el disseny.
Un cas ben conegut és l'eliminació del senyal d'habilitació
del comptador de programa dels microprocessadors
de manera que aquest bolqui no intencionadament
el contingut de la memòria sencera al bus.
A base de monitoritzar el bus es pot recuperar tot aquest contingut
i incloent-hi la de les zones protegides a la memòria.
Respecta als atacs semi-invasius,
en aquests atacs el dau de silici no es toca,
només s'elimina la part de l'encapsulat
que permet veure el circuit integrat.
Amb aquest accés es poden fer almenys dues coses.
Mesurar la radiació infraroja que té lloc
en la computació dels transistors,
de manera que es detecta l'activitat interna d'aquest,
o es pot fer incidir un feix de llum lècer
per tal d'alterar l'estat de certs registres
i provocar errors en l'execució dels algoritmes criptogràfics.
Donat que aquests algoritmes són públics,
a força de provocar errors en posicions
i instants de temps ben controlats,
pot arribar a ser possible extreure,
per exemple, les claus criptogràfiques que sempre en el
xifrat.
Respecte als atacs no invasius,
en aquests l'encapsulat no s'arriba a eliminar,
es poden fer alteracions d'aquest,
com per exemple aprimar-lo, però sense eliminar-lo completament.
N'hi ha de dues menes, els passius i els actius.
En els passius s'aprofiten els anomenats
canals laterals, side channel en anglès,
per escoltar i extreure informació útil
quan el circuit integrat funciona amb normalitat.
Hi ha tres canals laterals disponibles,
el consum elèctric del mateix circuit,
la radiació electromagnètica que emet en el seu funcionament
i el temps d'execució del procés.
Quan el disseny del sistema criptogràfic no és realment robust,
algun o tots aquests canals laterals
poden patir alteracions per culpa de les dades que estan processant.
Això s'anomena una fuita d'informació
i es pot aprofitar per trencar el principi de capsa negra.
En els actius, a banda d'exterior informació
per als canals laterals, s'intenta provocar fallades
en el funcionament normal del circuit integrat.
Per exemple, provocant microtalls en la tensió d'alimentació,
provocant microinterrupcions en el senyal de sincronisme
del rellotge o augmentant o disminuint la temperatura
més enllà dels límits de la tecnologia,
induint corrents interns amb pistoles electromagnètiques
que alterin certs bits interns,
violant els accessos de les infraestructures de test
que existeixen en tots els xips.
Com podeu veure, la diversitat d'opcions és molt àmplia
i la infraestructura necessària per dur la terme
és relativament econòmica.
Això fa que els atacs no invasius
siguin els més perillosos, ja que són de bast mundial.
En la documentació adjunta
es presenten exemples concrets d'atacs no invasius
en un xifrador de clau simètrica
i en la darrera part es presenten algunes contramesures bàsiques
que permeten contrarrestar-los.
Així doncs, si seguiu el test final,
després d'haver vist la documentació,
podreu avaluar el vostre grau
d'adquisició dels coneixements bàsics
respecte a la seguretat de la Hard.
Moltes gràcies.