Ingeniería Inversa de MCU Lattice

Lattice Semiconductor Corporation es un fabricante estadounidense de dispositivos lógicos programables de alto rendimiento (FPGA, CPLD y SPLD). Fundada en 1983, la empresa emplea a unas 700 personas y tiene ingresos anuales de alrededor de 300 millones de dólares, con Darin Billerbeck como director ejecutivo. La empresa con sede en Oregón ocupa el tercer lugar en cuota de mercado mundial de dispositivos FPGA (Field Programmable Gate Array) y el segundo en CPLD y SPLD. La empresa salió a bolsa en 1989 y cotiza en la bolsa NASDAQ.

 

Historia

Lattice fue fundada el 3 de abril de 1983 por C. Norman Winningstad, Rahul Sud y Ray Capece. Winningstad, Harry Merlo, Tom Moyer y John Piacentini fueron los primeros inversores de la empresa. Sud, cofundador, dejó la presidencia en diciembre de 1986, y Winningstad la abandonó en 1991 como presidente de la junta directiva. Lattice se constituyó en Oregón en 1983 y se reincorporó en Delaware en 1985. Las dificultades iniciales llevaron a una reorganización por bancarrota del capítulo 11 en julio de 1987. La empresa salió de la bancarrota después de 62 días y se trasladó a una sede más pequeña en Hillsboro, Oregón, desde lo que entonces era un área no incorporada cerca de Beaverton.

Al año siguiente, la empresa registró ingresos récord mientras se reducía de 140 empleados a 75 después de la bancarrota. Cyrus Tsui se convirtió en director ejecutivo de la empresa en 1988. El 9 de noviembre de 1989, Lattice se convirtió en una empresa que cotiza en bolsa cuando sus acciones se listaron en el NASDAQ después de una oferta pública inicial. El precio inicial de las acciones fue de 6 dólares, y recaudó casi 14 millones de dólares en capital para la empresa. En julio de 1990, Lattice recaudó depósito de líneas metálicas FIB 22,6 millones de dólares adicionales de una segunda oferta de acciones, vendiendo casi 1,5 millones de nuevas acciones a 16,25 dólares por acción.

En 1995, la empresa intentó hacer valer los derechos de marca registrada del término "Silicon Forest" más allá del uso de su marca para su uso en dispositivos semiconductores. Habían registrado la marca en 1985, pero luego concedieron que no podían impedir el uso del término como sustantivo. Forbes clasificó a la empresa como la 162ª mejor pequeña empresa de Estados Unidos en 1996.

En 1996, Lattice comenzó las expansiones en su sede de Hillsboro, Oregón, para duplicar el tamaño de las instalaciones. La empresa creció hasta tener ingresos anuales de más de 560 millones de dólares y beneficios superiores a los 160 millones en el año 2000. El precio de sus acciones alcanzó un máximo histórico ese año de 41,34 dólares por acción, ajustado por divisiones de acciones. Lattice compró la división de FPGA de Agere Corporation en 2002. Steve Skaggs fue contratado como CEO en 2005, reemplazando a Cyrus Tsui. Ese año, Lattice tuvo despidos por primera vez en la historia de la empresa. Para el año fiscal 2006, Lattice obtuvo un beneficio de 3,1 millones de dólares sobre ingresos de 245,5 millones, siendo este el primer beneficio anual de la empresa desde el año 2000.

En 2004, la empresa llegó a un acuerdo con el gobierno de Estados Unidos por haber exportado ilegalmente ciertas tecnologías a China, pagando una multa de 560.000 dólares. En junio de 2008, Bruno Guilmart fue nombrado director ejecutivo de la empresa, reemplazando a Steve Skaggs. Para el año fiscal 2008, Lattice tuvo una pérdida de 32 millones de dólares sobre ingresos anuales de 222,3 millones. En 2009, la empresa comenzó a trasladar todas sus operaciones de almacén de piezas desde Oregón a Singapur clonación de PCB. Hasta julio de 2009, la empresa había perdido dinero durante diez trimestres consecutivos, y tuvo su primer trimestre rentable en tres años durante el cuarto trimestre de 2009. Bruno Guilmart dejó la empresa en agosto de 2010, y Darin Billerbeck, que acababa de vender Zilog el año anterior, fue nombrado nuevo CEO en octubre de ese año, comenzando en noviembre. La empresa reportó ingresos de 318 millones de dólares en 2011. Para el primer trimestre de 2012, Lattice reportó ingresos de 71,7 millones de dólares. Lattice reportó ingresos de 70,8 millones de dólares para el segundo trimestre de 2012. Lattice inició un programa de recompra de acciones en 2010 que continuó hasta 2012 y que totalizaría unos 35 millones de dólares si se implementara por completo.
El 9 de diciembre de 2011, Lattice anunció la adquisición de SiliconBlue por 63,2 millones de dólares en efectivo. Lattice anunció en julio de 2012 un acuerdo de fundición con United Microelectronics Corporation. En octubre de 2012, la empresa anunció ingresos de 70,9 millones de dólares en el tercer trimestre y una reestructuración que incluyó despidos.

Operaciones

Sede de la empresa en Hillsboro, Oregón
Además de CPLD y SPLD, Lattice también fabrica FPGA (Field-Programmable Gate Arrays), productos programables de señal mixta e interconexión, software relacionado y propiedad intelectual (IP). Los productos principales de Lattice son las series ECP y XP de FPGA, la serie Mach de CPLD, la serie ispPAC POWR de productos de gestión de energía programables (FPAA de señal mixta programable) y el software de diseño Lattice Diamond snaileye. En el nodo de 90 nm, Lattice ofrece una variedad de dispositivos FPGA. Los productos se utilizan en una variedad de usos finales, como televisores de pantalla plana y ordenadores portátiles.

La empresa tiene su sede en Hillsboro, Oregón, en el área de alta tecnología conocida como Silicon Forest. La empresa emplea a 700 personas en todo el mundo, con aproximadamente 250 de ellas en la sede de la empresa. Darin Billerbeck es el director ejecutivo y presidente de Lattice. haz de iones focalizado Entre sus principales competidores se encuentran Xilinx, Altera, Actel y QuickLogic.

GAL16V8 Dispositivos de 20 pines y 8 macrocélulas

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

GAL20V8 Dispositivos de 24 pines y 8 macrocélulas

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

GAL22V10 SPLD variable insignia

GAL22V10, GAL22V10B

Variantes GAL especializadas

GAL18V10, GAL20RA10, GAL20XV10, GAL26CV12, GAL6001

2. Serie ATF SPLD Turbo Flash de bajo voltaje (reemplazos de PALCE)

Familia ATF16V8 de 20 pines

ATF16V8, ATF16V8B, ATF16V8C, ATF16V8Z, ATF16LV8

Familia ATF20V8 de 24 pines

ATF20V8, ATF20V8B, ATF20V8Z, ATF20LV8

Familia ATF22V10 insignia de 24 pines

ATF22V10, ATF22V10B, ATF22V10C, ATF22V10Z, ATF22LV10

SPLD ATF de alta densidad

ATF28V12, ATF29M16

3. Serie MACH & ispMACH CPLD programables en sistema

CPLD MACH originales de AMD Vantis discontinuados

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 CPLD ISP principales

LC4032V, LC4064V, LC4128V, LC4256V

LC4032ZE, LC4064ZE, LC4128ZE, LC4256ZE

LC4032C, LC4064C, LC4128C, LC4256C

ispMACH 5000 CPLD industriales de alta densidad

LC5032MV, LC5064MV, LC5128MV, LC5256MV

ispMACH 6000 CPLD automotrices AEC-Q100

LC6032A, LC6064A, LC6128A, LC6256A

4. MachXO PLD de control no volátil de encendido instantáneo

MachXO 1ª generación

LCMXO256, LCMXO640, LCMXO1200, LCMXO2280, LCMXO2700

MachXO2 generación de bajo consumo

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

MachXO3 / MachXO3LF Serie de temperatura extendida automotriz

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

MachXO4 PLD de control de baja densidad de nueva generación

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

MachXO5-NX PLD de control de proceso Nexus seguros

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

Preguntas Generales Sobre la Extracción de Firmware de Microcontroladores

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• Análisis de Potencia de Canal Lateral y el Frágil Bloqueo de MCU

  El microcontrolador (MCU) moderno oculta sus secretos detrás de un complejo bloqueo de barreras de hardware y firmware. Sin embargo, este bloqueo no es inmune a la observación física. Los ataques de análisis de potencia de canal lateral monitorean la corriente consumida por el MCU durante las operaciones criptográficas. Estas fluctuaciones revelan correlaciones sutiles con los bits de clave procesados. Un adversario no necesita romper el bloqueo mecánicamente; simplemente mide su comportamiento. El bloqueo LockBit de MCU, como han demostrado grupos de ransomware como LockBit, puede ser eludido mediante métodos no invasivos. El análisis de potencia permite leer el estado interno del procesador EEPROM sin activar ninguna alarma. El atacante primero registra miles de trazas de potencia mientras el MCU ejecuta el cifrado AES. Cada traza contiene variaciones de voltaje que corresponden a pesos de Hamming específicos. Al procesar estadísticamente estas trazas, la clave secreta emerge del ruido. Este método evita por completo la necesidad de volcar la memoria flash y EEPROM directamente. Sin embargo, los atacantes más agresivos combinan el análisis de potencia con la decapsulación y la recuperación de código. La decapsulación elimina el encapsulado epoxi, exponiendo el dado de silicio. Una vez expuesto, el atacante puede sondear nodos internos con microsondas. También puede copiar el contenido de la memoria criptográfica leyendo la carga en las puertas flotantes. La ingeniería inversa de microcontroladores a menudo comienza con la decapsulación para identificar regiones sensibles. La extracción de firmware se vuelve trivial si la lectura del procesador EEPROM no está cifrada. Pero los MCU modernos emplean cifrado de memoria para frustrar estos esfuerzos. Sin embargo, el análisis de potencia no requiere manipulación física. Funciona en chips sellados, lo que lo hace insidioso. El bloqueo LockBit del almacenamiento seguro de claves del MCU es vulnerable al análisis diferencial de potencia (DPA). El DPA utiliza coeficientes de correlación para amplificar diferencias de señal diminutas. El atacante puede atacar la primera ronda de AES, donde aparecen datos dependientes de la clave. Mide el consumo de potencia para muchos textos planos aleatorios. Luego hipotetiza bytes de clave y calcula valores de potencia predichos. La hipótesis correcta produce la mayor correlación. Este ataque ha comprometido muchos MCU comerciales. Para defenderse, los diseñadores añaden generadores de ruido y fluctuación de reloj aleatoria. Pero estas contramedidas aumentan el costo y la complejidad. Otra defensa es limitar el número de operaciones de cifrado por clave. Sin embargo, eso reduce la funcionalidad. La lectura del procesador EEPROM puede protegerse con blindaje físico, pero el blindaje añade peso. Volcar la memoria flash y EEPROM mediante análisis de potencia es posible si el bus de memoria no está enmascarado. La decapsulación y recuperación de código se vuelven innecesarias cuando la fuga de potencia es suficiente. Copiar el contenido de la memoria criptográfica a través de canales laterales es un ejercicio académico bien conocido. La ingeniería inversa de microcontroladores a menudo emplea trazas de potencia para reconstruir el flujo de control. La extracción de firmware a través de canales laterales de potencia es menos común pero factible. El bloqueo LockBit del MCU también debe resistir las emanaciones electromagnéticas (EM). El análisis EM es un primo cercano del análisis de potencia. Captura la radiación de campo cercano del chip. Se aplica el mismo procesamiento estadístico. Los atacantes pueden usar sondas EM sin contacto eléctrico. Esta naturaleza no invasiva lo hace peligroso. Los fabricantes ahora integran reguladores de voltaje en el chip para suavizar el consumo de potencia. Pero los reguladores tienen su propio ruido de conmutación. Los atacantes pueden filtrar ese ruido digitalmente. El juego del gato y el ratón continúa. Cada nueva contramedida inspira una nueva variante de ataque. La comunidad de seguridad de MCU investiga activamente contramedidas de bajo costo. Por ejemplo, los esquemas de enmascaramiento aleatorizan valores intermedios. El enmascaramiento hace que el DPA requiera exponencialmente más trazas. Sin embargo, el enmascaramiento consume compuertas lógicas y potencia adicionales. También afecta el tiempo. Algunos MCU implementan implementaciones de umbral que son demostrablemente seguras. Pero estas son raras en dispositivos de gama baja. El MCU industrial promedio sigue siendo vulnerable. Los grupos de ransomware como LockBit no han adoptado ampliamente el análisis de potencia, pero los actores estatales sí lo han hecho. La metáfora del bloqueo LockBit destaca la dualidad: un candado puede ser forzado, pero también observado. La observación física es más silenciosa que la fuerza bruta. La lectura del procesador EEPROM a través de canales laterales es una amenaza creciente. Volcar la memoria flash y EEPROM mediante análisis de potencia se ha demostrado en dispositivos ARM Cortex-M. La decapsulación y recuperación de código son destructivas, pero el análisis de potencia no lo es. Copiar el contenido de la memoria criptográfica sin dejar rastros es el santo grial. La ingeniería inversa de microcontroladores ahora incluye el canal lateral como una herramienta principal. La extracción de firmware se puede lograr con un osciloscopio económico y una PC. Por lo tanto, los diseñadores de MCU deben considerar la resistencia a canales laterales desde el principio. También deben educar a los usuarios sobre los límites operativos. Por ejemplo, limitar el número de intentos de descifrado por sesión. O borrar las claves después de un cierto número de operaciones. Estas políticas reducen la superficie de ataque. En última instancia, el bloqueo LockBit del MCU es tan fuerte como su implementación física. El análisis de potencia demuestra que la mecánica interna del bloqueo se expone a través de su consumo de potencia. Esta exposición es fundamental para la tecnología CMOS. Hasta que surjan circuitos de ocultación de energía reales, los canales laterales seguirán siendo una vulnerabilidad crítica. La industria debe adoptar metodologías de evaluación estandarizadas. Los criterios comunes y FIPS 140-3 proporcionan alguna guía. Pero a menudo son demasiado lentos para adaptarse. Los investigadores publican nuevos ataques cada año. La lectura del procesador EEPROM mediante aprendizaje automático ha mejorado recientemente las tasas de éxito. Volcar la memoria flash y EEPROM con clasificación mejorada por IA reduce el número de trazas. La decapsulación y recuperación de código ahora se complementan con ataques algorítmicos. Copiar el contenido de la memoria criptográfica a través de canales laterales EM funciona incluso a través de compuesto de encapsulado. La ingeniería inversa de microcontroladores está evolucionando hacia una disciplina de ciencia de datos. La extracción de firmware ya no requiere acceso directo a la memoria. El bloqueo LockBit es un objetivo móvil. Los ingenieros de seguridad deben actualizar continuamente sus modelos de amenazas. Deben asumir que cada MCU está bajo vigilancia. El análisis de potencia es solo una ventana al funcionamiento interno del candado. Otros incluyen emisiones de tiempo, sonido y térmicas. El enfoque de seguridad integral combina múltiples capas. Blindaje físico, enmascaramiento algorítmico y controles de política. Pero ninguna capa es perfecta. El bloqueo LockBit del MCU siempre tendrá alguna fuga. El objetivo es hacer que el costo del ataque supere el valor del activo protegido. Esa es la esencia económica de la seguridad. Para activos de bajo valor, las contramedidas básicas son suficientes. Para activos de alto valor, los elementos seguros dedicados son necesarios. Estos elementos tienen rieles de potencia endurecidos y temporización aleatorizada. También incorporan blindaje activo que detecta sondas. Sin embargo, son caros. La mayoría de los dispositivos IoT no pueden permitírselos. Así que debemos vivir con cerraduras imperfectas. Y debemos monitorear continuamente nuevas explotaciones de canales laterales. La comunidad de investigación también debe desarrollar bancos de pruebas de código abierto. Estos permiten a los proveedores validar sus diseños. En conclusión, los ataques de análisis de potencia socavan el bloqueo LockBit del MCU al explotar fenómenos físicos inevitables. Permiten la lectura del procesador EEPROM, volcar la memoria flash y EEPROM, decapsulación y recuperación de código (aunque no sea necesaria), copiar el contenido de la memoria criptográfica, y en general, la ingeniería inversa de microcontroladores y la extracción de firmware. La amenaza es real y generalizada. La vigilancia y la innovación son las únicas defensas.