安全調(diào)試的前世今生

對(duì)于MCU的開(kāi)發(fā)工程師來(lái)說(shuō)，MCU的調(diào)試接口是必不可少的開(kāi)發(fā)利器。透過(guò)調(diào)試接口，我們可以監(jiān)視MCU的運(yùn)行狀態(tài)，查看或修改寄存器的數(shù)值，觀察內(nèi)存中的數(shù)據(jù)變化，通過(guò)IDE、調(diào)試器等開(kāi)發(fā)工具配合，方便地排查各種棘手的問(wèn)題。

我們需要了解的一切信息，調(diào)試接口都知無(wú)不言，言無(wú)不盡。

那么問(wèn)題來(lái)了，在產(chǎn)品出廠后，黑客、攻擊者就可以利用強(qiáng)大的調(diào)試接口對(duì)設(shè)備進(jìn)行各種攻擊，竊取產(chǎn)品中的敏感信息；黑色產(chǎn)業(yè)鏈也可以通過(guò)調(diào)試接口，輕而易舉地讀取出設(shè)備的固件，從而生產(chǎn)制造廉價(jià)的“破解版”。

正是由于調(diào)試接口功能強(qiáng)大，這個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的利器，也給產(chǎn)品帶來(lái)了安全的漏洞和知識(shí)產(chǎn)權(quán)泄露的隱患。

針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，很多高附加值或安全敏感的產(chǎn)品，會(huì)選擇在生產(chǎn)過(guò)程的最后一步，通過(guò)修改OTP Fuse等方式，將調(diào)試接口永久地禁掉。產(chǎn)品出廠后，調(diào)試接口已被封死，簡(jiǎn)單粗暴地解決調(diào)試接口帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。

但是，產(chǎn)品的售后、維護(hù)往往不是一帆風(fēng)順的。產(chǎn)品在客戶現(xiàn)場(chǎng)，也許會(huì)出現(xiàn)各種各樣奇奇怪怪的問(wèn)題。此時(shí)，由于調(diào)試接口被封掉，留給我們的調(diào)試排查手段捉襟見(jiàn)肘，產(chǎn)品出現(xiàn)問(wèn)題后，難以定位更難以解決。

有沒(méi)有一種方法，只能讓開(kāi)發(fā)者合法地調(diào)試芯片，而不會(huì)被攻擊者利用呢？

Secure Debug安全調(diào)試

傳統(tǒng)的手段，是將調(diào)試接口永遠(yuǎn)的封死，那么Secure Debug就像是給調(diào)試接口加了一把堅(jiān)固的鎖，只有能打開(kāi)這把鎖的人才能使用調(diào)試功能。

毫無(wú)疑問(wèn)，“鎖”比“封”要更加靈活。那么，我們應(yīng)該選擇使用一把什么樣的鎖呢？

密碼鎖

這是一種簡(jiǎn)單有效的方案，適用于絕大多數(shù)芯片。其大致流程如下所示：

在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中，“解鎖密碼”提前燒錄至芯片的OTP內(nèi)，然后將調(diào)試功能“上鎖”，此時(shí)調(diào)試功能是不可用的。

當(dāng)需要調(diào)試芯片時(shí)，芯片會(huì)通過(guò)JTAG接口發(fā)送UUID，這時(shí)調(diào)試主機(jī)根據(jù)UUID發(fā)送相應(yīng)的解鎖密碼，若解鎖密碼與芯片中預(yù)存的密碼一致，芯片將會(huì)開(kāi)放調(diào)試功能。

可以看到，按照上圖的機(jī)制，基本可以解決我們上文中提出的問(wèn)題，這也是目前i.MX RT10xx原生支持的Secure JTAG機(jī)制（詳情請(qǐng)參考應(yīng)用筆記 AN12419 ）。

認(rèn)證鎖（Debug authentication）

MCU功能越來(lái)越豐富，越來(lái)越多的MCU擁有不止一個(gè)內(nèi)核，其中的內(nèi)核有可能還支持Trustzone。例如LPC5500家族的LPC55S69，擁有Core 0和Core 1兩個(gè)Cortex M33內(nèi)核，其中Core 0還支持Trustzone技術(shù)。

這同時(shí)也對(duì)我們的調(diào)試安全提出了更多的需求，我們不僅需要一把調(diào)試鎖控制調(diào)試功能的開(kāi)與關(guān)，還需要這把鎖足夠“聰明”，能夠提供更細(xì)粒度的權(quán)限管理。

例如，我們希望外部攻擊者不能調(diào)試LPC55S69；某些內(nèi)部人員只能調(diào)試LPC55S69的Core 1，不能調(diào)試LPC55S69的Core 0，某些內(nèi)部人員只能夠調(diào)試Core 0的非安全區(qū)域，某些內(nèi)部人員可以調(diào)試整個(gè)LPC55S69……

為了滿足靈活的調(diào)試權(quán)限管理需求，LPC5500提供了一種全新的機(jī)制：Debug authentication，利用非對(duì)稱加密機(jī)制（RSA2048/RSA4096），通過(guò)證書（DC：Debug Credential Certificate）來(lái)授予不同的權(quán)限，ODM或設(shè)計(jì)部門為不同的人員頒發(fā)不同的證書，證書中將會(huì)明確其所擁有的調(diào)試權(quán)限。

在調(diào)試認(rèn)證時(shí)，芯片會(huì)根據(jù)某一個(gè)人員所持有的證書，對(duì)其進(jìn)行Challenge-Response驗(yàn)證，首先將Response（即DAR：Debug AuthenticationResponse）中的DC與芯片中預(yù)置的信息進(jìn)行匹配，當(dāng)驗(yàn)證DC為合法后，驗(yàn)證Response中的簽名，若證書與簽名都驗(yàn)證通過(guò)，且請(qǐng)求的調(diào)試權(quán)限符合芯片的設(shè)置，芯片將會(huì)開(kāi)放相應(yīng)的權(quán)限。其大致流程如下所示：

可以看出，這種Debug authentication機(jī)制解決了調(diào)試接口的安全問(wèn)題，也滿足了調(diào)試權(quán)限靈活管理的需求。

小結(jié)

相對(duì)來(lái)說(shuō)，Debug authentication需要做的準(zhǔn)備工作比較多，本文簡(jiǎn)單描述了Debug authentication的基本機(jī)制，并未提供詳細(xì)的操作步驟。

如何生成DC/DAR、如何對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)處理、如何完成一次Debug authentication，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記AN13037 ，并且NXP提供了開(kāi)源的工具，參考應(yīng)用筆記就能夠利用工具完成所有工作。

責(zé)任編輯：haq