Обратный инжиниринг микроконтроллеров Lattice

Lattice Semiconductor Corporation — американский производитель высокопроизводительных программируемых логических устройств (FPGA, CPLD и SPLD). Основана в 1983 году, компания насчитывает около 700 сотрудников, годовой доход составляет около 300 миллионов долларов, генеральный директор — Дарин Биллербек. Компания из Орегона занимает третье место в мире по рыночной доле FPGA и второе — по CPLD и SPLD. Компания вышла на биржу в 1989 году, торгуется на NASDAQ.

 

История

Lattice была основана 3 апреля 1983 года C. Norman Winningstad, Rahul Sud и Ray Capece. Ранними инвесторами компании были Winningstad, Harry Merlo, Tom Moyer и John Piacentini. Соучредитель Sud покинул пост президента в декабре 1986 года, а Winningstad ушёл с поста председателя совета директоров в 1991 году. Lattice была инкорпорирована в Орегоне в 1983 году и повторно в Делавэре в 1985 году. Ранние трудности привели к банкротству по главе 11 в июле 1987 года. Компания вышла из банкротства через 62 дня и переехала в меньшую штаб-квартиру в Хиллсборо, Орегон, из тогда ещё неприсоединённой территории рядом с Бивертоном.

В следующем году компания показала рекордную выручку, сократив штат с 140 до 75 сотрудников после банкротства. Сайрус Цуй стал генеральным директором в 1988 году. 9 ноября 1989 года Lattice стала публичной компанией, разместив акции на NASDAQ. Начальная цена акции составляла 6 долларов, компания привлекла почти 14 миллионов долларов капитала. В июле 1990 года Lattice привлекла дополнительные 22,6 миллиона долларов через вторичное размещение, продав почти 1,5 миллиона новых акций по 16,25 доллара за штуку.

В 1995 году компания попыталась заявить права на товарный знак «Silicon Forest» для использования в полупроводниковых устройствах. Они зарегистрировали знак в 1985 году, но позже признали, что не могут препятствовать использованию термина как существительного. Forbes поставил компанию на 162-е место среди лучших малых компаний США в 1996 году.

В 1996 году Lattice начала расширение своей штаб-квартиры в Хиллсборо, увеличив площадь вдвое. К 2000 году годовая выручка превысила 560 миллионов долларов, а прибыль — 160 миллионов. Цена акций достигла исторического максимума в 41,34 доллара за акцию (с учётом сплитов). В 2002 году Lattice приобрела подразделение FPGA компании Agere Corporation. Стив Скаггс стал генеральным директором в 2005 году, сменив Сайруса Цуя. В том же году компания впервые провела сокращение штата. За 2006 финансовый год Lattice получила прибыль в 3,1 миллиона долларов при выручке 245,5 миллиона — первая годовая прибыль с 2000 года.

В 2004 году компания урегулировала претензии правительства США о незаконном экспорте технологий в Китай, заплатив штраф в 560 000 долларов. В июне 2008 года Бруно Гильмар был назначен генеральным директором, сменив Стива Скаггса. За 2008 финансовый год Lattice понесла убыток в 32 миллиона долларов при выручке 222,3 миллиона. В 2009 году компания начала перемещать все складские операции по деталям из Орегона в Сингапур. К июлю 2009 года компания теряла прибыль десять кварталов подряд и вышла на прибыльность в четвёртом квартале 2009 года. Бруно Гильмар покинул компанию в августе 2010 года, а Дарин Биллербек, который только что продал Zilog, был назначен новым генеральным директором в октябре и вступил в должность в ноябре. В 2011 году выручка компании составила 318 миллионов долларов. В первом квартале 2012 года выручка составила 71,7 миллиона, во втором — 70,8 миллиона. В 2010 году Lattice запустила программу обратного выкупа акций, которая продолжалась до 2012 года и должна была составить около 35 миллионов долларов.
9 декабря 2011 года Lattice объявила о приобретении SiliconBlue за 63,2 миллиона долларов наличными. В июле 2012 года компания заключила соглашение о производстве с United Microelectronics Corporation. В октябре 2012 года компания объявила о выручке в третьем квартале в 70,9 миллиона долларов и реструктуризации, включающей сокращение рабочих мест.

Операции

Штаб-квартира компании в Хиллсборо, Орегон
Помимо CPLD и SPLD, Lattice также производит FPGA, программируемые смешанные сигналы и межсоединения, соответствующее программное обеспечение и интеллектуальную собственность (IP). Основные продукты Lattice — это FPGA серий ECP и XP, CPLD серии Mach, программируемые устройства управления питанием ispPAC POWR (программируемые смешанные сигналы FPAA) и программное обеспечение для проектирования Lattice Diamond. На технологическом узле 90 нм Lattice предлагает множество FPGA-устройств. Продукты используются в различных конечных приложениях, таких как плоские телевизоры и ноутбуки.

Компания базируется в Хиллсборо, Орегон, в районе высоких технологий, известном как «Silicon Forest». В компании работает 700 человек по всему миру, из них около 250 в штаб-квартире. Дарин Биллербек является генеральным директором и президентом Lattice. Среди основных конкурентов — Xilinx, Altera, Actel и QuickLogic.

GAL16V8 — 20-выводные устройства с 8 макроячейками

GAL16V8, GAL16V8A, GAL16V8B, GAL16V8D, GAL16V8NB, GAL16VP8, GAL16V8Z, GAL16V8ZD

GAL20V8 — 24-выводные устройства с 8 макроячейками

GAL20V8, GAL20V8A, GAL20V8B, GAL20VP8, GAL20V8Z, GAL20V8ZD, GAL20LV8, GAL20LV8ZD

GAL22V10 — флагманское SPLD с переменными макроячейками

GAL22V10, GAL22V10B

Специализированные варианты GAL

GAL18V10, GAL20RA10, GAL20XV10, GAL26CV12, GAL6001

2. Серия ATF — низковольтные SPLD на основе Turbo Flash (замена PALCE)

Семейство ATF16V8 (20 выводов)

ATF16V8, ATF16V8B, ATF16V8C, ATF16V8Z, ATF16LV8

Семейство ATF20V8 (24 вывода)

ATF20V8, ATF20V8B, ATF20V8Z, ATF20LV8

Флагманское семейство ATF22V10 (24 вывода)

ATF22V10, ATF22V10B, ATF22V10C, ATF22V10Z, ATF22LV10

Высокоплотные ATF SPLD

ATF28V12, ATF29M16

3. Серии MACH и ispMACH — внутрисхемно программируемые CPLD

Устаревшие оригинальные AMD Vantis MACH (сняты с производства)

MACH110, MACH120, MACH130, MACH140

MACH210, MACH220, MACH230, MACH240, MACH250, MACH260, MACH270, MACH280

MACH335, MACH345, MACH355, MACH365, MACH375, MACH385

MACH435, MACH445, MACH455, MACH465

MACH510, MACH520, MACH530, MACH540, MACH550, MACH560

MACH110LV, MACH120LV, MACH210LV, MACH220LV, MACH230LV, MACH240LV, MACH250LV, MACH260LV, MACH270LV, MACH280LV

MACH335LV, MACH345LV, MACH355LV, MACH365LV, MACH375LV, MACH385LV

MACH435LV, MACH445LV, MACH455LV, MACH465LV

MACH510LV, MACH520LV, MACH530LV, MACH540LV, MACH550LV, MACH560LV

ispMACH 4000 — основные внутрисхемно программируемые CPLD

LC4032V, LC4064V, LC4128V, LC4256V

LC4032ZE, LC4064ZE, LC4128ZE, LC4256ZE

LC4032C, LC4064C, LC4128C, LC4256C

ispMACH 5000 — высокоплотные промышленные CPLD

LC5032MV, LC5064MV, LC5128MV, LC5256MV

ispMACH 6000 — автомобильные CPLD (AEC-Q100)

LC6032A, LC6064A, LC6128A, LC6256A

4. MachXO — энергонезависимые управляющие PLD с мгновенным включением

MachXO первого поколения

LCMXO256, LCMXO640, LCMXO1200, LCMXO2280, LCMXO2700

MachXO2 — низкопотребляющее поколение

LCMXO2-640, LCMXO2-1200, LCMXO2-2000, LCMXO2-4000, LCMXO2-7000

MachXO3 / MachXO3LF — автомобильные расширенного температурного диапазона

LCMXO3LF-640, LCMXO3LF-1300, LCMXO3LF-2700, LCMXO3LF-4300, LCMXO3LF-6900, LCMXO3LF-9400

MachXO4 — малоплотные управляющие PLD нового поколения

LCMXO4-256, LCMXO4-640, LCMXO4-1300, LCMXO4-2700, LCMXO4-4300

MachXO5-NX — защищённые управляющие PLD на процессоре Nexus

LCMXO5N-10K, LCMXO5N-20K, LCMXO5N-40K, LCMXO5N-100K

Общие вопросы об извлечении прошивок микроконтроллеров

---

• Безопасно ли отправлять платеж в MikaTech?

  Если бы MikaTech была плохой компанией, в интернете было бы множество негативных отзывов о её работе за 28 лет истории

  Итак, ответ — ДА! Мы хорошие люди.

  Почему выбирают Mikatech, пожалуйста нажмите здесь, чтобы узнать
  

  
  
• Может ли Mikatech взломать микросхемы, не указанные на сайте?

  У разных производителей микросхем разные номера деталей, но внутреннее ядро может быть изготовлено по одной технологии. Было бы невозможно перечислить все номера, к которым применима наша технология, например MYSON, STK, FEELING, ANALOG, FUJITSU, NOVATEK, LG/HYNDAI.
  
  Кроме того, с развитием технологий мы ежедневно получаем новый опыт и разрабатываем новые методы обратного инжиниринга для различных интегральных схем. Полный список номеров деталей, входящих в нашу компетенцию, постоянно растёт, пожалуйста, свяжитесь с нами для уточнения.

• Будет ли защищена моя конфиденциальность?

  Mikatech Innovative Limited понимает важность конфиденциальности своих клиентов. С момента вашего обращения к Mikatech ваша личная информация будет защищена согласно нашим управленческим правилам, разработанным за годы практики. Mikatech использует эту информацию для настройки своих услуг под вас и никогда не раскрывает её третьим лицам по каким-либо причинам.
  По каждому проекту мы удаляем все данные, материалы и коды через 60 дней после передачи файлов — это защищает нас и вашу приватность.

• Законно ли получать услуги от Mikatech?

  Да, это абсолютно законно.
  Mikatech предоставляет услуги обратного инжиниринга только в образовательных целях. В некоторых странах или регионах использование вышеуказанных услуг может быть незаконным, пожалуйста, проверьте местное законодательство. Mikatech не несёт ответственности за использование услуг, которое может быть признано незаконным.

  
  
• Я отправил вам письмо, почему нет ответа?

  • A. Наш почтовый сервер временно вышел из строя, ваше сообщение не было доставлено в наш ящик, даже если на экране показано успешное отправление, пожалуйста, свяжитесь с нами снова.
  • B. Наш email распознаётся как спам вашим почтовым сервером, поэтому наш ответ был отклонён или направлен в спам-папку. Пожалуйста, удалите наш адрес из списка спама или проверьте папку со спамом, либо используйте другой email (например, Gmail).
  • C. Ваш email распознан как спам нашим сервером, поэтому ваше письмо попало в спам. Пожалуйста, используйте другой email для связи.

• Анализ побочных каналов по питанию и хрупкая блокировка MCU

  Современный микроконтроллер (MCU) скрывает свои секреты за сложным замком из аппаратных и программных барьеров. Однако этот замок не устойчив к физическому наблюдению. Атаки с анализом побочных каналов по питанию отслеживают ток, потребляемый MCU во время криптографических операций. Эти колебания раскрывают тонкие корреляции с обрабатываемыми битами ключа. Злоумышленнику не нужно механически взламывать замок; он лишь измеряет его поведение. Блокировка MCU, как показала группа вымогателей LockBit, может быть обойдена неинвазивными методами. Анализ питания позволяет считать внутреннее состояние EEPROM-процессора без активации тревоги. Атакующий записывает тысячи трасс питания, пока MCU выполняет шифрование AES. Каждая трасса содержит вариации напряжения, соответствующие определённым весам Хэмминга. Статистическая обработка этих трасс извлекает секретный ключ из шума. Этот метод полностью обходит необходимость прямого дампа флэш и EEPROM. Однако более агрессивные атакующие комбинируют анализ питания с декапсуляцией и восстановлением кода. Декапсуляция удаляет эпоксидный корпус, обнажая кремниевый кристалл. После этого атакующий может зондировать внутренние узлы микрозондами. Они также могут копировать содержимое крипто-памяти, считывая заряд на плавающих затворах. Обратный инжиниринг микроконтроллеров часто начинается с декапсуляции для выявления чувствительных областей. Извлечение прошивки становится тривиальным, если считывание EEPROM-процессора не зашифровано. Но современные MCU используют шифрование памяти, чтобы затруднить такие попытки. Тем не менее, анализ питания не требует физического вмешательства — он работает на герметичных микросхемах, что делает его коварным. Блокировка MCU (lockbit lock) уязвима для дифференциального анализа питания (DPA). DPA использует коэффициенты корреляции для усиления малых различий сигнала. Атакующий может атаковать первый раунд AES, где появляются данные, зависящие от ключа. Он измеряет потребление энергии для множества случайных открытых текстов. Затем гипотетически перебирает байты ключа и вычисляет предсказанные значения мощности. Правильная гипотеза даёт наибольшую корреляцию. Эта атака взломала множество коммерческих MCU. Для защиты разработчики добавляют генераторы шума и случайный джиттер тактовой частоты. Но эти меры увеличивают стоимость и сложность. Другая защита — ограничение числа операций шифрования на один ключ, но это снижает функциональность. Считывание EEPROM-процессора может быть защищено физическим экранированием, но экранирование добавляет вес. Дамп флэш и EEPROM через анализ питания возможен, если шина памяти не маскируется. Декапсуляция и восстановление кода становятся необязательными, когда утечки по питанию достаточны. Копирование содержимого крипто-памяти через побочные каналы — хорошо известное академическое упражнение. Обратный инжиниринг MCU часто использует трассы питания для восстановления потока управления. Извлечение прошивки через побочные каналы по питанию встречается реже, но осуществимо. Блокировка MCU должна также противостоять электромагнитным (EM) излучениям. EM-анализ — близкий родственник анализа питания; он захватывает ближнепольное излучение чипа. Применяется та же статистическая обработка. Атакующие могут использовать EM-зонды без электрического контакта. Этот неинвазивный характер делает его опасным. Производители теперь интегрируют встроенные регуляторы напряжения для сглаживания потребления энергии, но регуляторы имеют собственный шум переключения, который можно отфильтровать цифровым способом. Игра в кошки-мышки продолжается. Каждая новая контрмера порождает новый вариант атаки. Сообщество безопасности MCU активно исследует недорогие контрмеры. Например, схемы маскировки рандомизируют промежуточные значения, что требует экспоненциально больше трасс для DPA. Однако маскировка потребляет дополнительные логические элементы и энергию, а также влияет на время. Некоторые MCU реализуют пороговые реализации, которые считаются доказуемо стойкими, но они редки в недорогих устройствах. Среднестатистический промышленный MCU остаётся уязвимым. Группы вымогателей, такие как LockBit, не широко применяют анализ питания, но государственные игроки — да. Метафора «блокировка lockbit» подчёркивает двойственность: замок можно взломать механически, но также и наблюдать. Физическое наблюдение тише, чем брутфорс. Считывание EEPROM-процессора через побочные каналы становится растущей угрозой. Дамп флэш и EEPROM с помощью анализа питания был продемонстрирован на устройствах ARM Cortex-M. Декапсуляция и восстановление кода разрушительны, но анализ питания — нет. Копирование содержимого крипто-памяти без следов — это Святой Грааль. Обратный инжиниринг MCU теперь включает побочные каналы как основной инструмент. Извлечение прошивки может быть достигнуто с помощью дешёвого осциллографа и ПК. Поэтому разработчики MCU должны учитывать устойчивость к побочным каналам с самого начала, а также обучать пользователей операционным ограничениям. Например, ограничение числа попыток дешифрования за сеанс или стирание ключей после определённого числа операций — эти политики снижают поверхность атаки. В конечном счёте, блокировка MCU настолько сильна, насколько сильна её физическая реализация. Анализ питания показывает, что внутренние механизмы замка раскрываются через его потребление энергии. Это связано с фундаментальными свойствами КМОП-технологии. Пока не появятся схемы, скрывающие энергию, побочные каналы останутся критической уязвимостью. Отрасль должна принять стандартизированные методологии оценки. Общие критерии и FIPS 140-3 дают некоторые рекомендации, но часто слишком медленно адаптируются. Исследователи публикуют новые атаки каждый год. Считывание EEPROM-процессора с использованием машинного обучения недавно улучшило успешность. Дамп флэш и EEPROM с классификацией на основе ИИ сокращает количество трасс. Декапсуляция и восстановление кода теперь дополняются алгоритмическими атаками. Копирование содержимого крипто-памяти через EM-побочные каналы работает даже через компаунд. Обратный инжиниринг MCU эволюционирует в дисциплину науки о данных. Извлечение прошивки больше не требует прямого доступа к памяти. Блокировка lockbit — это движущаяся цель. Инженеры по безопасности должны постоянно обновлять свои модели угроз. Они должны предполагать, что каждый MCU находится под наблюдением. Анализ питания — лишь одно окно во внутреннее устройство замка. Другие включают тайминг, звук и тепловое излучение. Комплексный подход к безопасности сочетает несколько уровней: физическое экранирование, алгоритмическое маскирование и политики управления. Но ни один уровень не идеален. Блокировка MCU всегда будет иметь некоторую утечку. Цель — сделать стоимость атаки выше, чем стоимость защищаемого актива. Это экономическая суть безопасности. Для низкоценных активов достаточно базовых контрмер. Для высокоценных необходимы выделенные защищённые элементы, у которых усилены шины питания и случайная синхронизация, а также активное экранирование, обнаруживающее зондирование. Однако они дороги. Большинство устройств IoT не могут их себе позволить, поэтому мы вынуждены жить с несовершенными замками и непрерывно отслеживать новые эксплойты побочных каналов. Исследовательское сообщество также должно разрабатывать открытые тестовые стенды, чтобы производители могли проверять свои разработки. В заключение, атаки с анализом питания подрывают блокировку MCU, эксплуатируя неизбежные физические явления. Они позволяют считывать EEPROM-процессор, дампить флэш и EEPROM, декапсуляцию и восстановление кода (хотя и не обязательное), копировать содержимое крипто-памяти, а также полный обратный инжиниринг и извлечение прошивки. Угроза реальна и повсеместна. Бдительность и инновации — единственная защита.