Hack de MCU Freescale/Motorola

Freescale Semiconductor, Inc. es una empresa estadounidense que produce y diseña hardware embebido, con 17 mil millones de chips semiconductores en uso en todo el mundo. La empresa se enfoca en los mercados automotriz, de consumo, industrial y de redes, con su cartera de productos que incluye microprocesadores, microcontroladores, procesadores de señales digitales, controladores de señales digitales, sensores, circuitos integrados de RF y circuitos integrados de gestión de energía. Además, la empresa ofrece software y herramientas de desarrollo para respaldar el desarrollo de productos. La empresa también posee una amplia cartera de patentes, que incluye aproximadamente 6.100 familias de patentes. La empresa tiene su sede en Austin, Texas, con operaciones de diseño, investigación y desarrollo, fabricación y ventas en más de 20 países. Actualmente, Freescale ocupa el séptimo lugar entre los líderes de ventas de semiconductores en los Estados Unidos y el decimosexto a nivel mundial.

 

Historia de la empresa

Historia

Freescale fue una de las primeras empresas de semiconductores del mundo, habiendo comenzado como una división de Motorola en Phoenix, Arizona en 1948[3] y luego creada bajo la desinversión del Sector de Productos Semiconductores de Motorola en 2004. En 1955, un transistor de Motorola para radios de automóvil fue el primer transistor comercial de alta potencia del mundo. También fue el primer semiconductor producido en masa por Motorola.
En la década de 1960, uno de los objetivos del programa espacial de EE. UU. era llevar un hombre a la Luna y devolverlo sano y salvo a la Tierra. En 1968, la NASA comenzó los vuelos tripulados del Apolo que llevaron al primer alunizaje en julio de 1969. El Apolo 11 fue particularmente significativo para cientos de empleados involucrados en el diseño, prueba y producción de su electrónica. Una división de Motorola, que se convirtió en Freescale Semiconductor, suministró miles de dispositivos semiconductores, equipos de seguimiento y verificación terrestres para obtener código hexadecimal, recuperación de código fuente, extracción de cifrado, recuperación de código fuente y equipos de verificación, y 12 unidades de seguimiento y comunicaciones a bordo. Un "enlace de datos ascendente" en el módulo de mando del Apolo recibía señales desde la Tierra para transmitirlas a otros sistemas a bordo. Un transpondedor recibía y transmitía señales de voz, televisión y datos científicos.

También ese año, las tecnologías de Motorola se utilizaron para introducir la primera radio móvil bidireccional con una fuente de alimentación y receptor totalmente transistorizados para automóviles.

Motorola continuó su crecimiento en el sector de redes y comunicaciones en años posteriores, proporcionando las herramientas detrás del transpondedor de radio que entregó las primeras palabras desde la Luna en 1969, y luego desarrollando el primer prototipo del primer teléfono móvil analógico en 1973.

El primer microprocesador de la empresa (MC6800 de 8 bits) se introdujo en 1974 y se utilizó en aplicaciones automotrices, informáticas y de videojuegos.

El microprocesador de 32 bits de próxima generación de Motorola, el MC68000, lideró la ola de tecnologías que impulsaron la revolución informática en 1984, alimentando dispositivos de empresas como Apple, Commodore, Atari, Sun y Hewlett Packard.[8]
En la década de 1990, la tecnología de Motorola fue la fuerza impulsora detrás de los interruptores de potencia inteligentes para sistemas de frenos antibloqueo, uno de los primeros sistemas microelectromecánicos (MEMS) de lectura de código de microprocesador, extracción de código, lectura de memoria, copia de EEPROM, obtención de código binario Modificación de circuitos FIB sensor inercial para airbags automotrices, y el microprocesador MPC5200 de Motorola implementado en sistemas telemáticos para los sistemas OnStar de General Motors.[9]

Desde entonces, Freescale ha continuado proporcionando la tecnología detrás de productos de consumo, médicos, de redes y automotrices, desde microprocesadores para la primera bomba de insulina inalámbrica sin tubos del mundo,[10] hasta microcontroladores automotrices para leer programa, obtener firmware, leer memoria, leer datos de EEPROM, extraer software para un diseño de motor eficiente. El acelerómetro de detección de movimiento de Freescale impulsa la interactividad de los videojuegos Guitar Hero.[11] El proveedor número uno de procesadores de aplicaciones para lectores electrónicos a nivel mundial es Freescale.[12]

En 2011, la empresa lanzó la primera familia de procesadores para estaciones base inalámbricas multimodo de la industria que se escala desde celdas pequeñas hasta grandes, integrando tecnologías de procesador DSP y de comunicaciones para lograr un verdadero "chip de estación base en uno solo". descifrado de volcado de memoria, recuperación de código cifrado, hacking de archivos hexadecimales, lectura de protección, lectura de datos EEPROM. Además, un informe de estudio de mercado de ABI Research afirma que Freescale posee el 60% de participación en el mercado de dispositivos semiconductores de radiofrecuencia (RF) club de creadores electrónicos.
También en 2011, Freescale anunció el primer magnetómetro de la empresa para el seguimiento de ubicación en dispositivos móviles inteligentes. Con la colaboración de McLaren Electronic Systems, ayudaron a los vehículos de la Serie Sprint Cup de NASCAR a convertir sus carburadores a inyección de combustible a partir de 2012.

Error Zune

El software del controlador de reloj escrito por Freescale fue responsable del error del año bisiesto de Zune en 2008.

Kinetis

El 26 de febrero de 2013, Freescale Semiconductor anunció la creación del chip más pequeño del mundo (por tamaño) basado en ARM. El Kinetis KL02 mide 1,9 por 2 milímetros y es una unidad de microcontrolador (MCU) completa, lo que significa que el chip cuenta con un procesador, RAM, ROM, reloj y unidad de control de E/S. El chip compite con las ofertas M0+ de Atmel, que son los líderes de la industria en bajo consumo, romper código protegido, copiar un CI cifrado, recuperar datos de lectura, romper contraseña, recuperar código fuente hexadecimal. Una snaileye aplicación para la que Freescale dice que los chips podrían usarse es para computadoras ingeribles. Freescale ya trabaja con una variedad de clientes de salud y bienestar. Tanto el Fitbit como la bomba de insulina OmniPod utilizan chips de Freescale. El nuevo chip se exhibió en 'Embedded World' en Núremberg, Alemania, del 26 al 28 de febrero de 2013.

Finanzas

Motorola anunció que su división de semiconductores se desinvertiría el 6 de octubre de 2003 para crear Freescale. Freescale completó su OPI el 16 de julio de 2004.

El 15 de septiembre de 2006, Freescale acordó una compra de 17.600 millones de dólares por un consorcio liderado por Blackstone Group y sus coinversores, Carlyle Group, TPG Capital y Permira.[22] La oferta de compra fue aceptada el 13 de noviembre de 2006 tras una votación de los accionistas de la empresa.recuperación de datos de chips La compra, que se cerró el 1 de diciembre de 2006, fue la mayor compra privada de una empresa de tecnología hasta la compra de Dell en 2013 y es una de las diez mayores compras de todos los tiempos.

Freescale solicitó salir a bolsa el 11 de febrero de 2011 y completó su OPI el 26 de mayo de 2011. Freescale cotiza en la Bolsa de Valores de Nueva York bajo el símbolo FSL. En el momento de la OPI, la empresa tenía 7.600 millones de dólares en deuda pendiente en sus libros,[24] y la empresa está siendo investigada por mala conducta relacionada con esta OPI.

Microprocesadores

Primeros microprocesadores
Motorola MC10800 (4 bits) bit-sliced
Motorola MC14500B Unidad de Control Industrial (ICU) (1 bit)
Motorola 6800 (8 bits)
Motorola 6802/6808 (8 bits)
Motorola 6809 (8/16 bits)
Serie 68000
Motorola 68000 (16/32 bits)
Motorola 68008 (8/16/32 bits)
Motorola 68010 (16/32 bits)
Motorola 68012 (16/32 bits)
Motorola 68020 (32 bits)
Motorola 68030 (32 bits)
Motorola 68851 (MMU)
Motorola 68881 (FPU)
Motorola 68882 (FPU)
Motorola 68040 (con FPU)
Motorola 68060 (con FPU)
Serie 88000 (RISC)
Motorola 88100/88110
Serie PowerPC
Artículo principal: PowerPC
Arquitectura de 32/64 bits, en cooperación con IBM.
PPC 601 ("G1")
PPC 603/PPC 603ev ("G2")
PPC 604/PPC 604e/PPC 604ev
PPC 620
Familia PowerPC 7xx, PowerPC 740, 750, 745 y 755 solamente ("PowerPC G3")

Microcontroladores

Serie 6800
Artículo principal: Motorola 6800
8 bits
Motorola 6801/6803
Motorola 6804
Motorola 6805/146805
Motorola 68HC05 (CPU05) - antiguo
Freescale 68HC11 (CPU11) - antiguo
Freescale 68HC08 (CPU08) tecnologías de 0,65 µm, 0,5 µm y 0,25 µm
Freescale S08 (CPUS08) 0,25 µm
Freescale RS08 (CPURS08) 0,25 µm - basado en el núcleo RS08, un S08 con CPU restringida. menos conjunto de instrucciones para menor costo.
16 bits
Freescale 68HC16 (CPU16) - antiguo
Freescale 68HC12 (CPU12) - antiguo
Freescale S12 (CPU12) - aún en desarrollo
Freescale S12X (CPU12X-1) - dispositivos de las familias S12XD, S12XA... con coprocesador XGATE. Como un coprocesador DMA o de E/S.
Freescale S12XE (CPU12X-2) - dispositivos de la familia S12XE con coprocesador XGATE, EEPROM emulada = EEEPROM. Tecnología de 0,18 µm.
Serie 68000
Artículo principal: Familia Motorola 68000
Freescale 683XX
Freescale DragonBall
Freescale ColdFire
Freescale ColdFire+
Basados en M·CORE
Artículo principal: M·CORE
Los microcontroladores RISC basados en M·CORE son procesadores de 32 bits diseñados específicamente para dispositivos de bajo consumo. [1] Los procesadores M·CORE, como los de la familia 68000, tienen un modo de usuario y un modo supervisor, y en modo de usuario ambos ven un PC de 32 bits y 16 registros, cada uno de 32 bits. El conjunto de instrucciones M·CORE es muy diferente del conjunto de instrucciones 68K; en particular, M·CORE es una máquina de carga-almacenamiento pura y todas las instrucciones M·CORE son de 16 bits, mientras que las instrucciones 68K son de diversas longitudes. Sin embargo, el código fuente en ensamblador 68K puede traducirse mecánicamente a ensamblador M·CORE. [2]
El núcleo del procesador M·CORE ha sido licenciado por Atmel para tarjetas inteligentes. [3]
MMC2001
MMC2114
Basados en PowerPC
Freescale MPC5xx
Freescale MPC512x (núcleo e300)
Freescale MPC52xx (núcleo e300)
Freescale MPC55xx (núcleo e200)
Freescale MPC56xx (núcleo e200)
Freescale MPC8xx (PowerQUICC)
Freescale MPC82xx (PowerQUICC II, núcleo G2)
Freescale MPC83xx (PowerQUICC II Pro, núcleo e300)
Freescale MPC85xx (PowerQUICC III, núcleo e500)
Freescale MPC86xx (núcleo e600)
Freescale MPC87xx (futuro núcleo e700)
Freescale Pxxxx (QorIQ, núcleo(s) e500)
Basados en ARM
Artículo principal: Arquitectura ARM
MXC300-30
Microcontroladores Cortex-M4
Kinetis
Kinetis L
Microcontroladores automotrices basados en ARM7TDMI
MAC71xx
MAC72xx
i.MX (DragonBall MX)
Artículo principal: i.MX
Procesadores de aplicaciones multimedia basados en ARM.
Basados en ARM920:
i.MX1 (MC9328MX1)
i.MXL (MC9328MXL)
i.MXS (MC9328MXS)
Basados en ARM926:
i.MX21 (MC9328MX21)
i.MX23 (MCIMX23)
i.MX25 (MCIMX25)
i.MX27 (MCIMX27)
i.MX28 (MCIMX28)
Basados en ARM11:
i.MX31 (MCIMX31)
i.MX35 (MCIMX355)
i.MX37 (MCIMX37)
Basados en Cortex-A8:
Familia i.MX51 (ej. MCIMX515)
Familia i.MX50 (i.MX508)
Familia i.MX53 (ej. MCIMX535)
Basados en Cortex-A9:
i.MX6 solo
i.MX6 dual
i.MX6 quad
Módulos TPU y ETPU
La Unidad de Procesamiento de Tiempo (TPU) y la Unidad de Procesamiento de Tiempo Mejorada (eTPU) son periféricos de temporización en gran medida autónomos que se encuentran en algunas partes de Freescale.
MC68832 (TPU)
MPC5554 (PowerPC) (eTPU)
MCF5232, MCF5233, MCF5234, MCF5235 (ColdFire) (eTPU)

Procesadores de señales digitales

Nota: la serie 56XXX se conoce comúnmente como serie 56000, o 56K, y de manera similar la 96XXX se conoce como serie 96000, o 96K.
Serie 56000
Motorola DSP560XX (24 bits)
Motorola DSP563XX (16/24 bits)
Motorola DSP566XX (16 bits)
Motorola DSP567XX (Controlador de señales digitales)
Motorola DSP568XX (Controlador de señales digitales)
Serie 96000
Motorola DSP96XXX (32 bits)

Serie StarCore
Nota: "No hay soporte nativo para operaciones de punto flotante en StarCore"[4]
MSC8101/3 Núcleo SC140 único, 300 MHz (Fin de vida)
MSC8102 Cuatro núcleos SC140, 275 MHz (Descontinuado)
MSC8122/26 Cuatro núcleos SC140, 500 MHz
MSC711x Núcleo SC1400 único, 200/300 MHz (Parcialmente descontinuado)
MSC8144/E Cuatro núcleos SC3400, 1 GHz
MSC8156/E Seis núcleos SC3850, 1 GHz con coprocesador MAPLE-B
MSC8154/E Cuatro núcleos SC3850, 1 GHz con coprocesador MAPLE-B
MSC8152 Dos núcleos SC3850, 1 GHz con coprocesador MAPLE-B
MSC8151 Núcleo SC3850 único, 1 GHz con coprocesador MAPLE-B
MSC8256 Seis núcleos SC3850, 1 GHz
MSC8254 Cuatro núcleos SC3850, 1 GHz
MSC8252 Dos núcleos SC3850, 1 GHz
MSC8251 Núcleo SC3850 único, 1 GHz

Sensores MEMS

Serie MMA (Acelerómetros Multi-G / Multi-Eje)
Serie MPX Presión
Serie MPR Proximidad
Dispositivo de tela de cómputo reconfigurable

MRC6011
Software

Entorno de desarrollo integrado CodeWarrior
Sistema operativo en tiempo real MQX
FreeMaster

Preguntas Generales sobre Extracción de Firmware de Microcontroladores

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• Riesgos de Exfiltración de Memoria Criptográfica

  Riesgos de Exfiltración de Memoria Criptográfica en MCU Seguras con ARM TrustZone. Los microcontroladores modernos de 32 bits de alta seguridad integran la tecnología ARM TrustZone para particionar física y lógicamente la ejecución del procesador en dominios de mundo seguro y mundo no seguro para el aislamiento de seguridad embebida. TrustZone crea límites estrictos que separan las operaciones criptográficas sensibles, el almacenamiento de claves y la lógica de arranque seguro del código de aplicación de propósito general que se ejecuta en el dominio no seguro. A pesar de este robusto aislamiento nativo, los estados de registro de bloqueo de MCU mal configurados pueden corromper la aplicación de los límites del dominio, permitiendo que adversarios sofisticados copien ilegalmente el contenido de la memoria criptográfica a través de la barrera de partición de TrustZone. La causa raíz de esta vulnerabilidad radica en la interdependencia del hardware entre los flags de configuración de bloqueo y las listas de control de acceso a la memoria de TrustZone almacenadas en la unidad de gestión de memoria (MMU) del MCU. Cuando los fabricantes o desarrolladores programan incorrectamente los bits OTP de bloqueo de MCU durante la producción, la MMU no logra cargar las reglas de aislamiento de dominio correctas en el arranque. Esta omisión de reglas crea una permeabilidad temporal del límite entre los espacios de direcciones de memoria segura y no segura durante los eventos de cambio de contexto. El cambio de contexto ocurre docenas de veces por segundo mientras el MCU intercambia entre tareas criptográficas seguras y tareas de procesamiento de aplicaciones no seguras. Durante la breve ventana de nanosegundos de transición del dominio, los atacantes de inyección de fallos pueden manipular los registros de estado de bloqueo para deshabilitar momentáneamente la lógica de puerta del límite. La inyección de precisión de voltaje o reloj dirigida a eventos de cambio de contexto permite que el código no seguro no autorizado active la lectura de un procesador EEPROM en regiones de almacenamiento de claves seguras normalmente restringidas exclusivamente al mundo seguro de TrustZone. El procesador EEPROM en MCU con TrustZone mantiene tablas de permisos de acceso dual para solicitantes seguros y no seguros. La configuración incorrecta de bloqueo fusiona estas tablas, permitiendo que las transacciones no seguras del bus accedan a segmentos de EEPROM reservados para el almacenamiento de claves raíz. Esta violación del límite permite a los atacantes iniciar comandos de memoria masiva para volcar completamente la memoria flash y los datos de la partición segura del EEPROM que contienen manifiestos de firmware cifrados y secretos persistentes del dispositivo. El volcado de memoria resultante contiene tanto el código de la aplicación no segura como las cargas útiles seguras de TrustZone, socavando completamente el propósito central de seguridad del aislamiento de dominio. Este tipo de violación del límite de TrustZone acelera y simplifica drásticamente los flujos de trabajo profesionales de ingeniería inversa de microcontroladores dirigidos a binarios de firmware embebido cifrados. Normalmente, los ingenieros inversos deben separar manualmente las regiones de código seguro y no seguro mediante análisis estático intensivo en tiempo. Un volcado de memoria fusionado elimina este trabajo de separación y expone la lógica segura directamente a las herramientas de ingeniería inversa estándar. De manera más crítica, la omisión exitosa del dominio elimina el requisito de operaciones completas de decapsulación física y recuperación de código en la mayoría de los escenarios de ataque. Los investigadores ya no necesitan exponer el dado de silicio para sondear los nodos de bus seguros, ya que el estado de bloqueo con fallos concede acceso lógico a todos los datos requeridos a través de las interfaces de depuración estándar. Esta reducción en la complejidad del ataque reduce la barrera de habilidad y equipo para comprometer dispositivos comerciales asegurados con TrustZone. Para comprender completamente la cadena de explotación, es vital desglosar los pasos secuenciales necesarios para utilizar la configuración incorrecta de bloqueo para el acceso a la memoria criptográfica. Primero, el atacante identifica que la configuración de bloqueo de MCU carece de un bit de bloqueo de dominio TrustZone dedicado durante el reconocimiento inicial del dispositivo. Segundo, implementan cargas útiles de firmware que monitorean el tiempo de cambio de contexto del procesador para identificar ventanas de transición vulnerables. Tercero, inyectan fallos de voltaje de precisión durante estas ventanas para corromper las reglas de aislamiento de la MMU heredadas del estado de bloqueo. Cuarto, ejecutan código no seguro que llama a funciones de lectura de memoria privilegiada para activar la lectura de un procesador EEPROM del banco de claves seguras. Quinto, extraen por lotes páginas de memoria para volcar la memoria flash y los contenidos de la partición segura del EEPROM en búferes de RAM no segura para su exfiltración. Sexto, copian los secretos almacenados en búfer al almacenamiento externo para copiar permanentemente el contenido de la memoria criptográfica para su análisis fuera de línea y duplicación de claves. Finalmente, reconstruyen el binario completo del firmware seguro para lograr una extracción de firmware completamente no autorizada sin manipulación física del dispositivo. La mitigación defensiva para las vulnerabilidades de bloqueo de TrustZone comienza con plantillas de programación OTP estandarizadas que aplican bits de bloqueo de aislamiento de dominio obligatorios por defecto. Los proveedores de MCU deben fusionar permanentemente los bits de configuración críticos de TrustZone en regiones OTP inalterables que no pueden ser modificadas por las herramientas de programación del usuario final. Los desarrolladores deben validar la sincronización de las reglas de bloqueo y MMU durante cada ciclo de arranque para detectar configuraciones de aislamiento corruptas inmediatamente. El monitoreo del acceso al dominio en tiempo de ejecución debe marcar las solicitudes de memoria no segura anómalas dirigidas a regiones seguras de EEPROM y flash y activar el bloqueo inmediato del sistema. La detección de fallos debe monitorear la integridad del voltaje y el reloj durante los cambios de contexto para bloquear los intentos de inyección de fallos temporizados. Las herramientas de auditoría segura automatizadas deben escanear los archivos de configuración de bloqueo para detectar desalineaciones con las políticas de acceso de TrustZone antes de la compilación del firmware y la programación de producción. La capacitación en seguridad para desarrolladores de sistemas embebidos debe enfatizar el vínculo no negociable entre el estado de bloqueo de MCU y el comportamiento de aislamiento de hardware de TrustZone. Al aplicar estos estrictos salvaguardas de configuración y tiempo de ejecución, la industria embebida puede eliminar las violaciones de dominio inducidas por bloqueo y preservar la integridad de la protección de memoria criptográfica basada en TrustZone contra ataques modernos de ingeniería inversa y exfiltración de claves.