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  • Revertendo Firmware - Conversando com o seu $device

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    barbieauglend

    No artigo anterior, discutimos como encontrar informações importantes para se comunicar com seu dispositivo. Neste, vamos falar sobre uma abordagem genérica antes de reverter o código do firmware de fato.

    Objetivos

    A coisa mais importante durante o processo a partir de agora  é saber quais perguntas você quer responder. Se você começa a querer entender tudo, sem focar, no final acaba perdido numa montanha de informações sem sentido.

    Dê uma de Jack, O Estripador clássico: entenda tudo, mas por partes. Eu normalmente começo procurando o protocolo de comunicação no caso dele não estar documentado. Após isso quero entender geralmente o algoritmo usado para autenticação ou o gerador de senhas ou algo que me dê acesso a dados interessantes que possam ser usados em outros $hardware iguais. Normalmente a segurança de sistemas embarcados não é muito boa nisso: todos os hardware precisam de alguma forma de identificação única presente no firmware. Como você solucionaria o problema pensando em larga escala?

    Conversando com o seu $sistema

    A melhor parte e o principal diferencial da análise de hardware é ter o bare metal (o equipamento físico) nas suas mãos. Ter acesso aos sinais eletrônicos, poder medir frequências e VER como o sistema trabalha (adicionar LEDs em todos os circuitos possíveis e adaptar a frequência por exemplo, sempre lindo!) são coisas que fazem o coração palpitar bem mais do que algumas linhas de código. Acredite 😉 Sem muita informação prévia e com alguns equipamentos baratos, é possível obter dados interessantes para a análise. Poderíamos começar a controlar o tráfego de dados usando o analisadores lógicos simples e ao mesmo tempo podemos usar equipamentos mais avançados para medir o consumo de energia no processo de inicialização do hardware com tanta precisão, que poderíamos deduzir possíveis valores de chaves privadas - é pura ciência, física 💚 - e claro que funciona em condições ideais, como aprendemos na escola.

    Fluxo de dados na PCB

    Não adianta muito ter dados se você não pode ler, escrever ou transferi-los de alguma maneira. Olhar a placa deve ser suficiente para entender como o fluxo de dados ocorre, simplesmente pensando na posição do CI (Circuito Integrado) e das marcas na PCB, ou seja, na placa. Outra coisa importante: quase todas as plaquinhas têm uma datasheet voando na !nternetz e acessível publicamente, contendo toda a informação técnica (da pinagem, voltagem e o PROTOCOLO DE COMUNICAÇÃO). Sempre vale a pena usar o DuckDuckGo antes de começar a ter dores de cabeça por algo que esta documentado, certo?

    Vamos começar sem gastar muito $$$:

    Procure a fonte!

    Quem esta começando agora pode não ter todas as ferramentas disponíveis ou não ter acesso a uma oficina / laboratório. Por isso, vamos dump o código direto do hardware e abrir mao do contexto - que teríamos no caso da leitura dos dados no hardware - mas economizaremos dinheiro e teremos acesso a toda informação possível do $device. 

    Acesso ao firmware e memória

    Dumpe o código do CI e o descomprima. Essa é a parte mais fácil e mais difícil de todo o processo, mas para isso você não precisa de nenhum equipamento e pode usar várias ferramentas de graça (algumas inclusive de código aberto).

    Como eu falei anteriormente, é possível achar na Internet os datasheets (documentação completa, normalmente em PDF) de quase todos os dispositivos. Ache a datasheet para o seu CI e assim não terá necessidade nem de identificar a pinagem nem de reverter o conjunto de instruções necessárias para a comunicação. Algo também importante é saber como parar a comunicação entre o seu CI e os outros pontos de comunicação da placa, pois isso pode interferir na leitura dos dados. Como interromper o fluxo de dados depende bastante do circuito que você esta analizando.

    Mas eu preciso desoldar?

    Esse seria o caminho mais óbvio certo? Não quer interferência, desconecte seu CI da placa e vai para o abraço. Esse método te dá controle total sobre o seu CI 🙂 O problema aqui é que esse processo requer experiencia e TEMPO.

    A ideia deste artigo é para ser algo mais simples e barato, então tente evitar essa situação e pense em ideias mais "criativas". Normalmente é possível conectar os dispositivos num osciloscópio ou voltímetro para monitorar e ter certeza que não há interferência dos sinais de cada pino do CI. Fique atento nos outros componentes, se algum tráfego de dados está ocorrendo (instale por exemplo um monitor na outra porta UART). Se algum tráfego ocorrer, daí não tem outro jeito a não ser desconectar o seu CI - use um fim de semana. 🙂

    Assim que o seu CI estiver isolado, conecte ele a qualquer aparelho que "fale" o mesmo protocolo e comece a ler a memória bloco por bloco. Isso pode demorar, por isso aconselho quando começar a leitura, vá a cozinha e faça um café! 🙂

    Dumping os dados

    Criar suas próprias ferramentas pode ser super divertido, mas custa tempo e é bem mais fácil quando você sabe o que está procurando. Por enquanto, podemos usar vários projetos de código aberto disponíveis:

    Para fazer o dumpflashrom é uma das ferramentas populares. É facil de usar, cheia de bugs mas tem suporte para várias arquiteturas diferentes. Funciona muito bem no Rasperry Pi. 🙂

    Normalmente vale a pena usar o comando file para ter uma ideia do tipo de arquivo que você esta lidando. Se ele não te ajudar em nada, tem o famoso binwalk.

    Os logs do binwalk the darão os endereços importantes. Então agora podemos usar o dd e dividir o seu binário em segmentos específicos. O comando dd precisa dos parâmetros bs (block size), do skip (offset) e o count (que aqui signifca quantos blocos você tem/quer copiar). Normalmente você terá pelo menos 3 blocos:

    1. O bootloader.bin: geralmente não esta criptografado pelo fato do microcontrolador não poder descriptografar.
    2. O mainkernel.bin: se você tiver sorte será algum kernel Linux. Esse é o firmware que controla o bare metal. 🙂 Geralmente o mais divertido de ler e várias vezes comprimido - use o file novamente para saber como descomprimir.
    3. O mainrootfs.bin: para quem entende um pouco de Linux e sistemas BSD, esse é o sistema de arquivos, contendo todos os arquivos com configurações, os binários do sistema, etc. Use novamente o file para verificar se está comprimido.

    No caso da imagem estar criptografada, é possível quebrá-la utilizando o fcrackzip

    No próximo artigo eu vou tentar entrar em detalhes desses três binários - vamos ver se eu acho algum hardware interessante. 🙂

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  • Conteúdo Similar

    • Por kassane
      Olá pessoal, tudo bem?
      Creio que a maioria já sabem sobre  software reverse engineering(SRE) publicado pelo NSA's Research Directorate.
      Pois já existe uma comunidade voltada para esta ferramenta específica com um crescimento massivo, inclusive até mesmos curiosos desconfiados.
      Fontes de informações disponíveis:
      Ghidra -Download Release Notes Installation Guide Issues Tracker Community Collection Cheat Sheet - PDF API Documentation Decompiler Documentation Online Courses Getting Started Scripts Wiki  
    • Por Candeer
      Olá! No artigo anterior falamos sobre Signals, que é de suma importância para a comunicação entre processos, mas para construir o nosso debugger precisamos muito mais do que apenas isso, precisamos de fato ter total controle sobre um dado processo e se possível controlar até o seu própio início.
      Neste artigo será explicado o que são forks e seu uso em desenvolvimento de aplicações em sistemas UNIX. Sem mais delongas, vamos prosseguir!!!😀
      Resumidamente a syscall fork é usada para a duplicação e criação de um processo. Quando um dado processo chama a função fork(), é criada uma cópia idêntinca de seus dados. Note que apenas uma cópia é feita, o processo filho não compartilha o mesmo espaço de memória do pai.
      A syscall fork retorna um PID que é usado para indetificar em qual processos estamos e também dar acesso ao ID do processo filho. Caso o PID seja 0 estamos executando no filho, caso seja qualquer outro somos o processo pai, isso ocorre pois o pai precisa saber o PID do filho, mas o filho não necessariamente precisa saber o seu própio (da mesma maneira que o seu processo não sabe o própio PID ao menos que o mesmo peça).
      Algo interessante de se notar é que os Init System usados para subir e gerenciar serviços de sua máquina trabalham dessa mesma maneira, você pode checar sua árvore de processo usando comando pstree:
      $ pstree Dessa maneira você tem uma representação bem visual de como está dividida a sua estrutura de processos 😀. Note que todos os processos são filhos do seu Init system (seja ele SystemV, Systemd, etc). Aconselho você explorar o comando pstree para uma visão bem mais detalhada do seu sistema! Outra abordagem é usar o própio comando ps:
      $ ps -ef Rode o comando acima (dependendo da quantidade de processos use um pipe para o less 😉) e com ele teremos uma visão mais detalhada. A coluna PID representa o ID do processo em si e a coluna PPID representa o "Parent Process ID", que nada mais é que o ID do processo pai. Note que o PID 1 é o seu Init System e os seus processos rodam como filho dele!

      Vale notar que o processo Pai do própio init é o PID 0, que é conhecido como "swapper" ou "scheduler", que é o processo responsavel para realização de paging. Paging é o sistema de gerenciamento de memória que salva os dados da RAM em uma memória secundária (HD, SSD e etc) e recupera em formato de páginas (outros PID também são filhos do propio PID 0 como PID 2 que gerencia todas as threads que rodam em Kernel Land(KThread) etc).
       
      Programando Forks
      A syscall fork está na lib  <unistd.h> (Unix Standard library) e tem a seguinte construção:
      #include <sys/types.h> #include <unistd.h> pid_t fork(void); Precisamos incluir a lib <sys/types.h> para que seja possivel acessar o tipo pid_t. A função fork não espera nenhum parâmetro para a sua construção e o código abaixo demonstra o quão simples é cria um fork.
      #include <stdio.h> // Acesso a syscall #include <unistd.h> // Acesso ao tipo variavel pid_t #include <sys/types.h> int main(void) { int x; printf("Processo normal...\n"); printf("Forking...\n"); sleep(5); pid_t pid = fork(); x = 40; if (pid == 0) { printf("Eu sou o processo filho meu PID: %d\n", pid); } else { printf("Eu sou o processo pai de %d\n", pid); } sleep(5); return 0; } Compile o código acima da seguinte forma:
      $ gcc -o fork fork.c $ ./fork Note que o código se "divide" a partir da chamada fork e um if  é usado para saber se estamos executando no pai ou no filho, note também que o pai sabe o PID e o filho não.
      Para melhor visualização o código acima roda por 10 segundos (por conta da chamada ao sleep com esse tempo de espera). Abra um outro terminal e rode o comando:
      $ watch -n1 pstree O comando acima vai executar o pstree a cada 1 segundo, desta forma você verá o exato momento da criação do fork.

      Comunicando-se com o processo fork
      Agora imagine que um  processo precisa esperar o seu filho terminar algum trabalho e dependendo do seu sinal o processo pai realiza alguma ação. A comunicação entre o processo pai e o filho se da por signals. O pai pode saber exatamente o estado do seu processo filho usando a syscall wait e waitpid, ambas na lib <sys/wait.h>:
      #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> pid_t wait(int *status); pid_t waitpid(pid_t pid, int *status, int options); A syscall wait espera que ao menos 1 de seus processos filho troque de estado, já a waitpid espera por um processo específico. Como sabemos exatamente qual processo queremos rastrear iremos usar esta call 😀:
      #include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <string.h> #include <sys/types.h> #include <sys/wait.h> #include <unistd.h> int main(void) { printf("Spliting work...\n"); pid_t pid = fork(); if (!pid) { int a = 0; for(int i = 0; i < 100000000; i++ ) { a += i*2 + 10 *i; } return 9; } int status; int signal; printf("Waiting child finish work...\n"); waitpid(pid, &status, 0); if (WIFEXITED(status)) { signal = WEXITSTATUS(status); printf("Child exited, status = %s\n", strsignal(signal)); } return 1; } Compile o código acima e execute:
      $ gcc -o work work.c $ ./work Spliting work... Waiting child finish work... Child exited, status = Killed Veja que após a chamada de fork nosso processo filho executa várias iterações e realiza um cálculo (um cálculo totalmente randômico) e após isso retorna 9. Este retorno em questão é apenas por motivos educativos (no artigo anterior falamos de sinais e como eles funcionam). O processo pai usa a syscall waitpid para esperar que qualquer signal seja enviada do pid especificado. Após receber um status é verificado se o fork saiu (WIFEXITED) e se sim, pegamos o signal enviado usando WEXITSTATUS(status da saída) e usamos a chamada strsignal(provida pela string.h) para recuperar uma versão em texto do signal. Nesse caso iremos recuperar o signal "KILLED", pois colocamos 9 apenas por razões educativas.
      Normalmente se tudo ocorreu bem colocamos 0 (inclusive é dessa maneira que sua shell avalia se o programa rodou certo).
      $./work && echo "Filho saiu com 0, tudo certo..." || echo "Filho saiu com 1, algo errado..." No caso acima a nossa shell irá criar um fork do nosso work, executar o nosso programa (que por sua vez também executa um fork mas não entra em questão aqui) e se o signal retornado pelo fork for 0 ele imprime uma mensagem, caso contrario ele imprime uma mensagem de erro, dessa maneira você pode orquestrar um shell scripting usando o própio retorno do processo 😉
      Tente mudar o retorno do fork acima e verifique seu status usando funções providas pela <sys/wait.h>. No exemplo acima usamos apenas a call WIFEXITED e WEXITSTATUS, mas existem várias outras.
      Forks são de extrema importância para criação e gerenciamento de processos e iremos usar forks para que seja possível executar o programa que queremos debugar, dessa maneira o software em questão vai ser filho do nosso debugger, o que nós da total controle sobre o mesmo.
      Comentarios são todos bem vindos e todos os códigos usados estão disponíveis no github! 😀

      Links úteis:
          Process Control
          fork
          wait
          Process State
          Fork Bomb - Cuidado com isso
    • Por Candeer
      Olá, neste artigo compartilharei um pouco da minha pesquisa no desenvolvimento de debuggers. No momento estou trabalhando em um protótipo de debugger para Linux, mas nada tão avançado quanto um gdb ou radare (muitas coisas são necessárias para chegar neste nível de maturidade de software).
      O desenvolvimento de debuggers é uma atividade muito interessante, já que, em sua forma mais básica, pode ser resumido em uma série de chamadas de sistema (syscalls) para que seja possível o controle do processo a ser depurado (muitas vezes chamado de debuggee) e de seus recursos, mas não vamos colocar a carroça na frente dos cavalos e vamos em partes.
      Antes de começarmos a discutir detalhes mais específicos acerca da depuração de processos, é necessário um entendimento básico de como os mesmos se comunicam na plataforma que vamos desenvolver o tal debugger, no nosso caso, UNIX-like.
      Inter-process communication (IPC)
      IPC é uma forma que processos podem utilizar para se comunicar dentro de um sistema operacional. Existem diversas maneiras de comunicação: via sinais (signals), sockets, etc, mas para a criação de um debugger é apenas necessário usar sinais para a execução.
      Sinais funcionam como uma notificação que pode ser enviada à um processo específico para avisar que algum evento ocorreu.
      É possível também programar um processo para reagir aos sinais de maneira não padrão. Se você já teve um uso razoável de Linux, você provavelmente já enviou sinais à um processo. Por exemplo, quando você aperta Ctrl+C para interromper a execução de um processo, é enviado um sinal do tipo SIGINT, que nada mais é que uma abreviação para Signal Interruption. Se o processo em questão não está preparado para reagir a este sinal, o mesmo é terminado. Por exemplo, considere o seguinte código:
      #include <stdio.h> int main(void) { while(1) printf("hi\n"); return 0; } Ao compilar e executar o código acima e apertar Ctrl+C, o mesmo encerra como esperado, porém podemos verificar que um SIGINT foi enviado usando a ferramenta ltrace, que além de listar chamadas a bibliotecas também mostra os sinais enviados ao processo:
      $ gcc -o hello hello.c $ ltrace ./hello Rode o comando acima e aperte Ctrl+C para verificar o sinal enviado!
      Programando reações a sinais
      A capacidade de enviar sinais a um processo nos dá a possibilidade de saber o que esta acontecendo com algum processo específico que estejamos depurando.
      Para programar reações a algum tipo de sinal, podemos incluir a biblioteca signal, para que possamos usar a função e estrutura (struct) sigaction:
      struct sigaction { void (*sa_handler)(int); void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *); sigset_t sa_mask; int sa_flags; void (*sa_restorer)(void); };  
      int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct sigaction *oldact); A struct sigaction nos permite adicionar handlers (tratadores) para nossos sinais, enviando o endereço de nossa função que realiza algum tipo de ação baseada no sinal enviado para o campo sa_handler(sigaction handler).
      Um handler neste contexto nada mais é que uma função que sempre vai ser chamada quando um dado sinal for enviado, dessa maneira podemos executar alguma ação quando recebermos um sinal.
      Já a função sigaction recebe o número do sinal, porém uma série de macros já são pré-definidas e podemos passar como argumento apenas o nome do sinal, como SIGINT por exemplo. A função recebe também a referência da struct previamente definida (struct sigaction) e, caso precise trocar um handler por outro, também recebe no último argumento (oldact) o handler anterior, para que possa ser feita a troca pelo novo. Como não é o nosso caso, vamos passar NULL neste último argumento.
      O código abaixo simula um uso de handlers de sinais, que imprime uma mensagem quando um sinal é enviado:
      #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> // sleep void simple_handler(int sig) { printf("Hello SIGINT\n"); } int main() { struct sigaction sig_handler = { simple_handler }; sigaction(SIGINT, &sig_handler, NULL); sleep(1000); return 0; } Ao executar o código acima, aperte Ctrl+C e veja que será imprimido a mensagem do nosso handler!
      O manual da signal contém uma tabela com todos os sinais usados por sistemas POSIX.
      Para enviarmos sinais facilmente em sistemas UNIX podemos usar o comando kill:
      $ kill -l O comando acima mostra todos os sinais e seus respectivos números, com isso podemos fazer algo interessante. Por exemplo, rode o código acima em um terminal separado e use o kill para se comunicar com o seu processo, assim:
      $ ps ax | grep simple_signal $ kill -2 <pid> Primeiro buscamos o PID do nosso processo então usamos o kill que espera como primeiro argumento numero do sinal (listado em kill -l) e o segundo o PID do processo alvo.
      Ao enviar o sinal, podemos ver que o nosso código reage aos sinais que foram associados a um handler especifico! Tente criar handlers para vários sinais e teste usando o comando kill. 😃
      Abaixo um código para demonstrar um uso real de um software que escreve dados aleatórios nos arquivos temporários e antes de uma finalização abrupta, é deletado o que foi usado:
      #include <stdio.h> #include <signal.h> #include <unistd.h> // Log errors void fatal(const char* err_msg) { fprintf(stderr, "Error: %s\n", err_msg); } // Escreve algo random em um arquivo void random_work() { FILE* temp_files = fopen("/tmp/foo", "w"); if (!temp_files) { fatal("Cant open foo!"); } else { fprintf(temp_files, "%s", "Random random random!\n"); fclose(temp_files); } } // Handler para deleta arquivos criados void handler_termination(int sig) { // Verifica se existe usando a function access // Caso existe usa a syscall unlink para remover o arquivo if (access("/tmp/foo", R_OK) < 0) return; unlink("/tmp/foo"); printf("All clean! closing...\n"); } int main() { //struct sigaction que recebe a function handler_termination como valor do seu handler struct sigaction interruption_handler; interruption_handler.sa_handler = handler_termination; // Syscall sigaction que associa o nosso handler para um sinal especifico // O ultimo campo NULL, espera o handler anterior para que posso tornar o novo handler o default sigaction(SIGINT, &interruption_handler, NULL); random_work(); sleep(1000); handler_termination(0); return 0; } Dica: Dê uma olhada na tabela de sinais e crie handlers para o mesmo código acima!
      Para a construção do nosso debugger iremos focar mais no signal SIGTRAP, para que seja possível detectar se o nosso processo sofreu uma "trap" da CPU. Uma trap ocorre quando acontece alguma interrupção síncrona na execução, que faz o processo ficar parado até que o sistema operacional execute alguma ação. Isto será usado para implementar e interpretar breakpoints. Veremos tudo isso com mais detalhes em breve!
      Sinta-se livre para comentar e sugerir correções e melhorias. Até o próximo artigo!
      Links úteis:
      Syscall IPC CERO 11 – Linux Syscalls Syscalls, Kernel mode vs User mode Programação em C
    • Por R3n4to
      Olá,
      Gostaria de sugestões de tema para TCC na área segurança. Segurança da informação me atrai bastante, mas estou muito sem ideia em relação ao tema para TCC. O que vocês podem me sugerir? Com o que dá para fazer um bom trabalho?  Muito obrigado!
       
    • Por Fabiano Furtado
      Pessoal,
      bom dia. Estou estudando algumas técnicas de proteção de binários, me baseando no video do Fernando Mercês do Roadsec 2017 https://www.youtube.com/watch?v=cpU9U0sqzh4
      Mais especificamente, em 27'29", o Fernando mostra como substituir algumas instruções por outras equivalentes, para dificultar a análise do binário.
      Fiz exatamente isso, mas o programa da um Segmentation Fault após a alteração, e eu não tenho idéia do que pode ser. Alguma ajuda?
      Segue o programa exemplo em C que fiz para alterar o JMP:
      #include <stdio.h>
      int main(void) {
        int c = 0;
        c++;
        
        if ( c == 1 ) {
          __asm__("nop");
          __asm__("nop");
          __asm__("nop");
          __asm__("nop");
          goto end;
        }
        do {
          puts("Dentro do while");
          goto end;    
        } while (1);
        puts("antes do Fim");
        
      end:
        puts("Fim");
        
        return 0;
      }
      Compilei ele com: gcc -Wall -m32 -O0 salto.c -o salto
      Seguem as linhas originais:
          11b5:       83 7d f4 01             cmp    DWORD PTR [ebp-0xc],0x1                                                    
          11b9:       75 06                   jne    11c1 <main+0x34>                                                           
          11bb:       90                      nop                                                                               
          11bc:       90                      nop                                                                               
          11bd:       90                      nop                                                                               
          11be:       90                      nop                                                                               
          11bf:       eb 13                   jmp    11d4 <main+0x47>                                                           
          11c1:       83 ec 0c                sub    esp,0xc                                                                    
          11c4:       8d 83 08 e0 ff ff       lea    eax,[ebx-0x1ff8]                                                           
          11ca:       50                      push   eax                                                                        
          11cb:       e8 60 fe ff ff          call   1030 <puts@plt>                                                            
          11d0:       83 c4 10                add    esp,0x10                                                                   
          11d3:       90                      nop                                                                               
          11d4:       83 ec 0c                sub    esp,0xc                                                                    
          11d7:       8d 83 18 e0 ff ff       lea    eax,[ebx-0x1fe8]
      Seguem as linhas alteradas:
          11b9:       75 06                   jne    11c1 <main+0x34>                                                           
          11bb:       68 d4 11 00 00          push   0x11d4                                                                     
          11c0:       c3                      ret                                                                               
          11c1:       83 ec 0c                sub    esp,0xc                                                                    
          11c4:       8d 83 08 e0 ff ff       lea    eax,[ebx-0x1ff8]                                                           
          11ca:       50                      push   eax                                                                        
          11cb:       e8 60 fe ff ff          call   1030 <puts@plt>                                                            
          11d0:       83 c4 10                add    esp,0x10                                                                   
          11d3:       90                      nop                                                                               
          11d4:       83 ec 0c                sub    esp,0xc                                                                    
          11d7:       8d 83 18 e0 ff ff       lea    eax,[ebx-0x1fe8]
      Alguma ajuda?
      Desde já, agradeço.
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