高端智能卡芯片內(nèi)核的加密芯片安全性分析

文章出處：http://m.luckydriving.com 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月01日

    一、概述

    隨著國內(nèi)盜版破解方面的日益猖獗，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品開發(fā)商的利益，從技術(shù)角度保護(hù)開發(fā)商產(chǎn)品的知識產(chǎn)權(quán)已經(jīng)越來越重要了。

    而市面上大批形形色色的加密芯片很多，到底哪些加密芯片才能起到加密保護(hù)作用呢？目前市面上主要流行幾大類加密芯片：

    第一種是邏輯加密芯片，這種芯片一般是由一個EEPROM加上外圍邏輯電路，通過簡單的ID號或者邏輯認(rèn)證口令進(jìn)行保護(hù)認(rèn)證，這種芯片的特點就是便宜，開發(fā)也最簡單，但破解難度最低，目前深圳華強(qiáng)北破解這種芯片基本可以做到立等可取，破解費(fèi)用在150元到幾百元不等，非常簡單。這種芯片一般用于對盜版沒什么壓力，只是為了加一個保護(hù)的樣子，或者基本沒什么利潤的產(chǎn)品。

    第二種是帶有固定算法，采用比對認(rèn)證模式的加密芯片，這種芯片相對于上面那種芯片復(fù)雜點，但由于采用的是比對模式，就算線路上傳送的是隨機(jī)數(shù)或者被加密的隨機(jī)認(rèn)證碼，但并沒有能起到多高的保護(hù)作用，因為被保護(hù)的CPU中的程序是完整的，跟加密芯片直接只是存在著若干孤立的比對點，而當(dāng)盜版商去破解這個系統(tǒng)的時候，不會去破解加密芯片，而是直接破解CPU獲得全部的代碼，然后跳過所有比對點。這樣就完成了破解。這種固定算法比對模式的加密芯片開發(fā)相對也不是太難，只要按照說明書上的認(rèn)證流程開發(fā)，當(dāng)然盜版商也很喜歡這樣的芯片，因為他的加密流程盜版商也很熟悉。目前市場前幾年大賣的幾款國內(nèi)外加密芯片的破解成本已經(jīng)非常低廉，破解方法都已經(jīng)在破解圈被大家所熟悉。

    第三種加密芯片是近幾年興起的采用高端（EAL5+）智能卡芯片內(nèi)核，軟硬件開發(fā)商可以把自己軟件中一部分算法和代碼下載到芯片中運(yùn)行。用戶采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編寫操作代碼。在軟件實際運(yùn)行過程中，通過調(diào)用函數(shù)方式運(yùn)行智能芯片內(nèi)的程序段，并獲得運(yùn)行結(jié)果，并以此結(jié)果作為用戶程序進(jìn)一步運(yùn)行的輸入數(shù)據(jù)。加密芯片成了軟件產(chǎn)品的一部分。而加密芯片中的程序是無法被讀取或者拷貝的，從根本上杜絕了程序被破解的可能。這種產(chǎn)品無論硬件基礎(chǔ)還是內(nèi)部操作系統(tǒng)方案，都是現(xiàn)在最先進(jìn)的，破解難度最大的。

    二、智能卡加密芯片安全性

    但并不是所有的以智能卡平臺為基礎(chǔ)的加密芯片都是最安全的，下面我就市場近期最受關(guān)注的也是目前加密芯片領(lǐng)域最高性能安全性的，凌科芯安科技（北京）有限公司的雙32位（EAL5+ 32位內(nèi)核32位操作系統(tǒng)）LKT4200加密芯片的安全性做一個分析：

    高端安全性智能卡芯片主要應(yīng)用于銀行等領(lǐng)域：比如信用卡、銀 行卡，目前歐洲的銀 行卡已經(jīng)全面采用智能卡，國內(nèi)已經(jīng)定于2015年之前用智能卡全面取代目前的磁條卡。智能卡型的銀 行卡內(nèi)部帶有電子錢包、電子存折、可以存放現(xiàn)金脫機(jī)交易，所以對智能卡有極高甚至可以說是最高的安全性要求。此外還用在政府、公用事業(yè)、有線電視等領(lǐng)域的電子護(hù)照、身份證、條件接收卡等。

    目前來說可能對智能卡芯片進(jìn)行破解攻擊的人主要來自3個領(lǐng)域。

    1、 各大專業(yè)檢測、評價實驗室：這類人員具備非常高的專業(yè)知識，擁有非常高級完善的分析設(shè)備，掌握各種芯片的內(nèi)幕知識，對于這類人員來說對智能卡芯片進(jìn)行破解攻擊需要的具備的金錢與時間條件是：至少能夠投入至少50萬歐元，3個月到半年以上時間。當(dāng)然這些是投入的基礎(chǔ)，能否破解已經(jīng)破解時間還要看實際情況。
    2、 有組織的犯罪集團(tuán)：這類組織一般擁有大量的資金、比較高的技術(shù)、擁有比較好的裝備、相對來說比較專業(yè)，他們可以投入的金錢和時間條件是：至少能夠投入20萬-100萬歐元，幾個月到幾年以上的時間。
    3、 業(yè)余組織及學(xué)生科研活動：這類人員沒有很高的技術(shù)，也基本沒有什么專業(yè)分析設(shè)備，他有比較好的公共知識（或能了解一些公司的產(chǎn)品信息），這類人員搞破解那就是純粹興趣或者為了挑戰(zhàn)什么技術(shù)，他們可以投入的金錢和時間條件是：能投入1-5000歐元，幾個月還是N年，那只有天知道。

    三、常見對LKT4200加密芯片的攻擊手段

    1、侵入式攻擊
    開封
    蝕刻
    顯微鏡
    逆向工程
    機(jī)械探測
    聚焦離子束

    2、半侵入性攻擊

    ·單一故障攻擊（SFI）
    ·靜態(tài)/差分故障分析（SFA / DFA）

    正常工作范圍以外的
    ·復(fù)位· 時鐘· 供電電壓·溫度
    ·光擾動攻擊·燈閃爍· 干擾攻擊
    ·電場和磁場感應(yīng)·輻射攻擊
第1頁第2頁

    3、本地的非侵入性攻擊

    - 簡單的功率分析- 時序和波形攻擊
    - 接觸片上的電源走線（VCC，RST，I / O）
    - 電源由于電磁輻射的痕跡- 差分功耗分析
    - 多次測量- 代碼的逆向工程- 攻擊鍵

    四、LKT4200加密芯片的防護(hù)措施

    1、硬件防護(hù)措施

    - 傳感器（電壓，時鐘，溫度，光照）
    - 過濾器（防止尖峰/毛刺）
    - 獨(dú)立的內(nèi)部時鐘（讀者CLK）
    -（SFI）的檢測機(jī)制- 被動和主動盾牌
    - 膠合邏輯（難以逆轉(zhuǎn)工程師電路）- 握手電路
    - 高密度多層技術(shù)
    - 具有金屬屏蔽防護(hù)層，探測到外部攻擊后內(nèi)部數(shù)據(jù)自毀
    - 總線和內(nèi)存加密- 虛擬地址（SW =硬件地址地址?。?br />     - 芯片防篡改設(shè)計，唯一序列號- 硬件錯誤檢測
    - 真正的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器（RNG）- 噪音的產(chǎn)生（對邊信道攻擊）
    - 預(yù)硅功率分析

    2、軟件 - 操作系統(tǒng)防護(hù)措施

    - 內(nèi)部數(shù)據(jù)不可讀取、拷貝
    - 敏感信息進(jìn)行加密（鑰匙，別針）
    - 雙重執(zhí)行的（如加密解密核查）- 校驗-驗證程序流
    - 不可預(yù)知的時序（如隨機(jī)NOP）
    - 不能直接訪問硬件平臺，HAL（匯編），C
    - 防止緩沖區(qū)溢出- 防止錯誤的偏移..- 防火墻機(jī)制
    - 異常計數(shù)器- 執(zhí)行驗證碼- 歸零的鍵和引腳

    由于LKT4200加密芯片擁有EAL5+的高安全性，可以防護(hù)3-40種攻擊措施，這里由于篇幅所限就不能一一舉出，從而可以看出，目前LKT4200無論是硬件平臺還是內(nèi)部操作系統(tǒng)在防盜版加密芯片領(lǐng)域都處于最領(lǐng)先地位。