Firmware Analysis
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El firmware es un software esencial que permite que los dispositivos funcionen correctamente al gestionar y facilitar la comunicación entre los componentes de hardware y el software con el que interactúan los usuarios. Se almacena en memoria permanente, asegurando que el dispositivo pueda acceder a instrucciones vitales desde el momento en que se enciende, lo que lleva al inicio del sistema operativo. Examinar y potencialmente modificar el firmware es un paso crítico para identificar vulnerabilidades de seguridad.
Recopilar información es un paso inicial crítico para comprender la composición de un dispositivo y las tecnologías que utiliza. Este proceso implica recopilar datos sobre:
La arquitectura de la CPU y el sistema operativo que ejecuta
Especificaciones del cargador de arranque
Diseño de hardware y hojas de datos
Métricas de la base de código y ubicaciones de origen
Bibliotecas externas y tipos de licencias
Historiales de actualizaciones y certificaciones regulatorias
Diagramas arquitectónicos y de flujo
Evaluaciones de seguridad y vulnerabilidades identificadas
Para este propósito, las herramientas de inteligencia de código abierto (OSINT) son invaluables, al igual que el análisis de cualquier componente de software de código abierto disponible a través de procesos de revisión manuales y automatizados. Herramientas como Coverity Scan y LGTM de Semmle ofrecen análisis estático gratuito que se puede aprovechar para encontrar posibles problemas.
Obtener el firmware puede abordarse a través de varios medios, cada uno con su propio nivel de complejidad:
Directamente desde la fuente (desarrolladores, fabricantes)
Compilándolo siguiendo las instrucciones proporcionadas
Descargándolo desde sitios de soporte oficiales
Utilizando consultas de Google dork para encontrar archivos de firmware alojados
Accediendo al almacenamiento en la nube directamente, con herramientas como S3Scanner
Interceptando actualizaciones mediante técnicas de hombre en el medio
Extrayéndolo del dispositivo a través de conexiones como UART, JTAG o PICit
Husmeando las solicitudes de actualización dentro de la comunicación del dispositivo
Identificando y utilizando puntos finales de actualización codificados
Volcándolo desde el cargador de arranque o la red
Quitando y leyendo el chip de almacenamiento, cuando todo lo demás falla, utilizando herramientas de hardware apropiadas
Ahora que tienes el firmware, necesitas extraer información sobre él para saber cómo tratarlo. Diferentes herramientas que puedes usar para eso:
Si no encuentras mucho con esas herramientas, verifica la entropía de la imagen con binwalk -E <bin>, si la entropía es baja, entonces es poco probable que esté encriptada. Si la entropía es alta, es probable que esté encriptada (o comprimida de alguna manera).
Además, puedes utilizar estas herramientas para extraer archivos incrustados dentro del firmware:
File/Data Carving & Recovery ToolsO binvis.io (código) para inspeccionar el archivo.
Con las herramientas mencionadas anteriormente como binwalk -ev <bin>, deberías haber podido extraer el sistema de archivos.
Binwalk generalmente lo extrae dentro de una carpeta con el nombre del tipo de sistema de archivos, que suele ser uno de los siguientes: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
A veces, binwalk no tendrá el byte mágico del sistema de archivos en sus firmas. En estos casos, utiliza binwalk para encontrar el desplazamiento del sistema de archivos y tallar el sistema de archivos comprimido del binario y extraer manualmente el sistema de archivos según su tipo siguiendo los pasos a continuación.
Ejecuta el siguiente comando dd para tallar el sistema de archivos Squashfs.
Alternativamente, también se podría ejecutar el siguiente comando.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
Para squashfs (utilizado en el ejemplo anterior)
$ unsquashfs dir.squashfs
Los archivos estarán en el directorio "squashfs-root" posteriormente.
Archivos de archivo CPIO
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
Para sistemas de archivos jffs2
$ jefferson rootfsfile.jffs2
Para sistemas de archivos ubifs con flash NAND
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Una vez que se obtiene el firmware, es esencial diseccionarlo para comprender su estructura y posibles vulnerabilidades. Este proceso implica utilizar varias herramientas para analizar y extraer datos valiosos de la imagen del firmware.
Se proporciona un conjunto de comandos para la inspección inicial del archivo binario (referido como <bin>). Estos comandos ayudan a identificar tipos de archivos, extraer cadenas, analizar datos binarios y comprender los detalles de particiones y sistemas de archivos:
Para evaluar el estado de cifrado de la imagen, se verifica la entropía con binwalk -E <bin>. Una baja entropía sugiere una falta de cifrado, mientras que una alta entropía indica posible cifrado o compresión.
Para extraer archivos incrustados, se recomiendan herramientas y recursos como la documentación de file-data-carving-recovery-tools y binvis.io para la inspección de archivos.
Usando binwalk -ev <bin>, generalmente se puede extraer el sistema de archivos, a menudo en un directorio con el nombre del tipo de sistema de archivos (por ejemplo, squashfs, ubifs). Sin embargo, cuando binwalk no logra reconocer el tipo de sistema de archivos debido a la falta de bytes mágicos, es necesario realizar una extracción manual. Esto implica usar binwalk para localizar el desplazamiento del sistema de archivos, seguido por el comando dd para extraer el sistema de archivos:
Con el sistema de archivos extraído, comienza la búsqueda de fallos de seguridad. Se presta atención a los demonios de red inseguros, credenciales codificadas, puntos finales de API, funcionalidades del servidor de actualización, código no compilado, scripts de inicio y binarios compilados para análisis sin conexión.
Ubicaciones clave e elementos a inspeccionar incluyen:
etc/shadow y etc/passwd para credenciales de usuario
Certificados SSL y claves en etc/ssl
Archivos de configuración y scripts en busca de vulnerabilidades potenciales
Binarios integrados para un análisis más profundo
Servidores web comunes de dispositivos IoT y binarios
Varias herramientas ayudan a descubrir información sensible y vulnerabilidades dentro del sistema de archivos:
LinPEAS y Firmwalker para búsqueda de información sensible
The Firmware Analysis and Comparison Tool (FACT) para un análisis exhaustivo de firmware
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go y EMBA para análisis estático y dinámico
Tanto el código fuente como los binarios compilados encontrados en el sistema de archivos deben ser examinados en busca de vulnerabilidades. Herramientas como checksec.sh para binarios Unix y PESecurity para binarios de Windows ayudan a identificar binarios desprotegidos que podrían ser explotados.
El proceso de emular firmware permite el análisis dinámico ya sea de la operación de un dispositivo o de un programa individual. Este enfoque puede enfrentar desafíos con dependencias de hardware o arquitectura, pero transferir el sistema de archivos raíz o binarios específicos a un dispositivo con arquitectura y endianness coincidentes, como una Raspberry Pi, o a una máquina virtual preconstruida, puede facilitar pruebas adicionales.
Para examinar programas individuales, es crucial identificar la endianness y la arquitectura de la CPU del programa.
Para emular un binario de arquitectura MIPS, se puede utilizar el comando:
Y para instalar las herramientas de emulación necesarias:
Para binarios ARM, el proceso es similar, utilizando el emulador qemu-arm para la emulación.
Herramientas como Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit y otras, facilitan la emulación completa de firmware, automatizando el proceso y ayudando en el análisis dinámico.
En esta etapa, se utiliza un entorno de dispositivo real o emulado para el análisis. Es esencial mantener acceso a la shell del sistema operativo y al sistema de archivos. La emulación puede no imitar perfectamente las interacciones de hardware, lo que puede requerir reinicios ocasionales de la emulación. El análisis debe revisar el sistema de archivos, explotar páginas web expuestas y servicios de red, y explorar vulnerabilidades en el cargador de arranque. Las pruebas de integridad del firmware son críticas para identificar posibles vulnerabilidades de puerta trasera.
El análisis en tiempo de ejecución implica interactuar con un proceso o binario en su entorno operativo, utilizando herramientas como gdb-multiarch, Frida y Ghidra para establecer puntos de interrupción e identificar vulnerabilidades a través de técnicas de fuzzing y otras.
Desarrollar un PoC para vulnerabilidades identificadas requiere un profundo entendimiento de la arquitectura objetivo y programación en lenguajes de bajo nivel. Las protecciones de tiempo de ejecución binario en sistemas integrados son raras, pero cuando están presentes, pueden ser necesarias técnicas como la Programación Orientada a Retornos (ROP).
Sistemas operativos como AttifyOS y EmbedOS proporcionan entornos preconfigurados para pruebas de seguridad de firmware, equipados con las herramientas necesarias.
AttifyOS: AttifyOS es una distribución destinada a ayudarte a realizar evaluaciones de seguridad y pruebas de penetración de dispositivos de Internet de las cosas (IoT). Te ahorra mucho tiempo al proporcionar un entorno preconfigurado con todas las herramientas necesarias cargadas.
EmbedOS: Sistema operativo de pruebas de seguridad integrada basado en Ubuntu 18.04 precargado con herramientas de pruebas de seguridad de firmware.
Para practicar descubriendo vulnerabilidades en firmware, utiliza los siguientes proyectos de firmware vulnerables como punto de partida.
OWASP IoTGoat
Proyecto de Firmware de Enrutador Malditamente Vulnerable (DVRF)
Enrutador ARM Malditamente Vulnerable (DVAR)
ARM-X
Azeria Labs VM 2.0
Dispositivo IoT Malditamente Vulnerable (DVID)
