Firmware Analysis
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El firmware es un software esencial que permite a los dispositivos operar correctamente al gestionar y facilitar la comunicación entre los componentes de hardware y el software con el que los usuarios interactúan. 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 lanzamiento del sistema operativo. Examinar y potencialmente modificar el firmware es un paso crítico para identificar vulnerabilidades de seguridad.
La recolección de información es un paso inicial crítico para entender 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 bootloader
Diseño de hardware y hojas de datos
Métricas de la base de código y ubicaciones de origen
Bibliotecas externas y tipos de licencia
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 manual y automatizada. Herramientas como Coverity Scan y LGTM de Semmle ofrecen análisis estático gratuito que se puede aprovechar para encontrar problemas potenciales.
Obtener firmware se puede abordar a través de varios medios, cada uno con su propio nivel de complejidad:
Directamente de la fuente (desarrolladores, fabricantes)
Construyéndolo a partir de instrucciones proporcionadas
Descargando de sitios de soporte oficiales
Utilizando consultas de Google dork para encontrar archivos de firmware alojados
Accediendo a almacenamiento en la nube directamente, con herramientas como S3Scanner
Interceptando actualizaciones a través de técnicas de hombre en el medio
Extrayendo del dispositivo a través de conexiones como UART, JTAG o PICit
Esnifando solicitudes de actualización dentro de la comunicación del dispositivo
Identificando y utilizando puntos finales de actualización codificados
Dumping desde el bootloader o la red
Retirando 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 usar estas herramientas para extraer archivos incrustados dentro del firmware:
O binvis.io (código) para inspeccionar el archivo.
Con las herramientas comentadas anteriormente como binwalk -ev <bin>, deberías haber podido extraer el sistema de archivos.
Binwalk generalmente lo extrae dentro de una carpeta nombrada como el tipo de sistema de archivos, que generalmente es 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, usa 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 utilizando los pasos a continuación.
Ejecuta el siguiente dd command extrayendo 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" después.
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 NAND flash
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Una vez que se obtiene el firmware, es esencial diseccionarlo para entender 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 (denominado <bin>). Estos comandos ayudan a identificar tipos de archivos, extraer cadenas, analizar datos binarios y comprender los detalles de partición y sistema 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 nombrado según el tipo de sistema de archivos (por ejemplo, squashfs, ubifs). Sin embargo, cuando binwalk no puede reconocer el tipo de sistema de archivos debido a bytes mágicos faltantes, es necesaria la extracción manual. Esto implica usar binwalk para localizar el desplazamiento del sistema de archivos, seguido del comando dd para extraer el sistema de archivos:
Después, dependiendo del tipo de sistema de archivos (por ejemplo, squashfs, cpio, jffs2, ubifs), se utilizan diferentes comandos para extraer manualmente el contenido.
Con el sistema de archivos extraído, comienza la búsqueda de fallos de seguridad. Se presta atención a demonios de red inseguros, credenciales codificadas, puntos finales de API, funcionalidades del servidor de actualizaciones, código no compilado, scripts de inicio y binarios compilados para análisis fuera de línea.
Ubicaciones clave y elementos a inspeccionar incluyen:
etc/shadow y etc/passwd para credenciales de usuario
Certificados y claves SSL en etc/ssl
Archivos de configuración y scripts en busca de vulnerabilidades potenciales
Binarios incrustados para un análisis más profundo
Servidores web y binarios comunes de dispositivos IoT
Varias herramientas ayudan a descubrir información sensible y vulnerabilidades dentro del sistema de archivos:
LinPEAS y Firmwalker para la búsqueda de información sensible
The Firmware Analysis and Comparison Tool (FACT) para un análisis completo 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 de Unix y PESecurity para binarios de Windows ayudan a identificar binarios no protegidos que podrían ser explotados.
El proceso de emular firmware permite un análisis dinámico ya sea del funcionamiento de un dispositivo o de un programa individual. Este enfoque puede encontrar 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, identificar el endianness y la arquitectura de la CPU del programa es crucial.
Para emular un binario de arquitectura MIPS, se puede usar el comando:
Y para instalar las herramientas de emulación necesarias:
Para MIPS (big-endian), se utiliza qemu-mips, y para binarios little-endian, qemu-mipsel sería la elección.
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 requiere reinicios ocasionales de la emulación. El análisis debe revisar el sistema de archivos, explotar páginas web expuestas y servicios de red, y explorar vulnerabilidades del bootloader. 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 fuzzing y otras técnicas.
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 en sistemas embebidos son raras, pero cuando están presentes, técnicas como Return Oriented Programming (ROP) pueden ser necesarias.
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 embebido basado en Ubuntu 18.04 precargado con herramientas de pruebas de seguridad de firmware.
Para practicar el descubrimiento de vulnerabilidades en firmware, utiliza los siguientes proyectos de firmware vulnerables como punto de partida.
OWASP IoTGoat
The Damn Vulnerable Router Firmware Project
Damn Vulnerable ARM Router (DVAR)
ARM-X
Azeria Labs VM 2.0
Damn Vulnerable IoT Device (DVID)
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