Firmware Analysis
Einführung
Firmware ist eine wesentliche Software, die es Geräten ermöglicht, korrekt zu funktionieren, indem sie die Kommunikation zwischen den Hardwarekomponenten und der Software, mit der Benutzer interagieren, verwaltet und erleichtert. Sie wird im permanenten Speicher gespeichert, um sicherzustellen, dass das Gerät von dem Moment an, in dem es eingeschaltet wird, auf wichtige Anweisungen zugreifen kann, was zum Start des Betriebssystems führt. Die Untersuchung und mögliche Modifizierung der Firmware ist ein entscheidender Schritt zur Identifizierung von Sicherheitslücken.
Informationen sammeln
Informationen sammeln ist ein entscheidender erster Schritt, um die Zusammensetzung eines Geräts und die verwendeten Technologien zu verstehen. Dieser Prozess umfasst das Sammeln von Daten zu:
Der CPU-Architektur und dem Betriebssystem, das es ausführt
Bootloader-Spezifikationen
Hardware-Layout und Datenblätter
Codebasis-Metriken und Quellorten
Externe Bibliotheken und Lizenztypen
Update-Verlauf und regulatorische Zertifizierungen
Architektur- und Flussdiagramme
Sicherheitsbewertungen und identifizierte Schwachstellen
Zu diesem Zweck sind Open-Source-Intelligence (OSINT)-Tools von unschätzbarem Wert, ebenso wie die Analyse verfügbarer Open-Source-Softwarekomponenten durch manuelle und automatisierte Überprüfungsprozesse. Tools wie Coverity Scan und Semmle’s LGTM bieten kostenlose statische Analysen, die genutzt werden können, um potenzielle Probleme zu finden.
Beschaffung der Firmware
Die Beschaffung der Firmware kann auf verschiedene Weisen angegangen werden, jede mit ihrem eigenen Komplexitätsgrad:
Direkt vom Ursprung (Entwickler, Hersteller)
Erstellen gemäß bereitgestellter Anweisungen
Herunterladen von offiziellen Supportseiten
Verwendung von Google-Dork-Abfragen zum Auffinden gehosteter Firmware-Dateien
Direkter Zugriff auf Cloud-Speicher mit Tools wie S3Scanner
Abfangen von Updates über Man-in-the-Middle-Techniken
Extrahieren vom Gerät über Verbindungen wie UART, JTAG oder PICit
Sniffing nach Update-Anfragen innerhalb der Gerätekommunikation
Identifizieren und Verwenden von fest codierten Update-Endpunkten
Dumping vom Bootloader oder Netzwerk
Entfernen und Lesen des Speicherchips, wenn alle Stricke reißen, unter Verwendung geeigneter Hardware-Tools
Analyse der Firmware
Nun, da Sie die Firmware haben, müssen Sie Informationen darüber extrahieren, um zu wissen, wie Sie damit umgehen sollen. Verschiedene Tools, die Sie dafür verwenden können:
Wenn Sie mit diesen Tools nicht viel finden, überprüfen Sie die Entropie des Bildes mit binwalk -E <bin>. Bei niedriger Entropie ist es wahrscheinlich nicht verschlüsselt. Bei hoher Entropie ist es wahrscheinlich verschlüsselt (oder auf irgendeine Weise komprimiert).
Darüber hinaus können Sie diese Tools verwenden, um in der Firmware eingebettete Dateien zu extrahieren:
File/Data Carving & Recovery ToolsOder binvis.io (code) zur Inspektion der Datei.
Dateisystem erhalten
Mit den zuvor kommentierten Tools wie binwalk -ev <bin> sollten Sie in der Lage gewesen sein, das Dateisystem zu extrahieren.
Binwalk extrahiert es normalerweise in einem Ordner mit dem Namen des Dateisystemtyps, der normalerweise einer der folgenden ist: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
Manuelle Dateisystemextraktion
Manchmal wird binwalk nicht das Magiebyte des Dateisystems in seinen Signaturen haben. In diesen Fällen verwenden Sie binwalk, um den Offset des Dateisystems zu finden und das komprimierte Dateisystem aus dem Binärfile herauszuschneiden und extrahieren Sie das Dateisystem manuell gemäß seinem Typ unter Verwendung der folgenden Schritte.
Führen Sie den folgenden dd Befehl aus, um das Squashfs-Dateisystem zu extrahieren.
Alternativ kann auch der folgende Befehl ausgeführt werden.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
Für squashfs (wie im obigen Beispiel verwendet)
$ unsquashfs dir.squashfs
Dateien befinden sich anschließend im Verzeichnis "squashfs-root".
CPIO-Archivdateien
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
Für jffs2-Dateisysteme
$ jefferson rootfsfile.jffs2
Für ubifs-Dateisysteme mit NAND-Flash
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Analyse der Firmware
Nachdem die Firmware erhalten wurde, ist es entscheidend, sie zu analysieren, um ihre Struktur und potenzielle Schwachstellen zu verstehen. Dieser Prozess beinhaltet die Verwendung verschiedener Tools zur Analyse und Extraktion wertvoller Daten aus dem Firmware-Image.
Tools für die erste Analyse
Eine Reihe von Befehlen wird für die erste Inspektion der Binärdatei (bezeichnet als <bin>) bereitgestellt. Diese Befehle helfen dabei, Dateitypen zu identifizieren, Zeichenfolgen zu extrahieren, binäre Daten zu analysieren und Details zu Partitionen und Dateisystemen zu verstehen:
Um den Verschlüsselungsstatus des Bildes zu bewerten, wird die Entropie mit binwalk -E <bin> überprüft. Eine niedrige Entropie deutet auf einen Mangel an Verschlüsselung hin, während eine hohe Entropie mögliche Verschlüsselung oder Kompression anzeigt.
Zur Extraktion von eingebetteten Dateien werden Tools und Ressourcen wie die Dokumentation zu file-data-carving-recovery-tools und binvis.io zur Dateiinspektion empfohlen.
Extrahieren des Dateisystems
Mit binwalk -ev <bin> kann normalerweise das Dateisystem extrahiert werden, oft in ein Verzeichnis, das nach dem Dateisystemtyp benannt ist (z. B. squashfs, ubifs). Wenn binwalk jedoch aufgrund fehlender Magic Bytes den Dateisystemtyp nicht erkennt, ist eine manuelle Extraktion erforderlich. Dies beinhaltet die Verwendung von binwalk, um den Offset des Dateisystems zu lokalisieren, gefolgt vom dd-Befehl zum Ausschneiden des Dateisystems:
Dateisystemanalyse
Nach Extrahieren des Dateisystems beginnt die Suche nach Sicherheitslücken. Es wird auf unsichere Netzwerkdaemons, fest codierte Anmeldeinformationen, API-Endpunkte, Update-Server-Funktionalitäten, nicht kompilierten Code, Startskripte und kompilierte Binärdateien für die Offline-Analyse geachtet.
Zu überprüfende Schlüsselpositionen und Elemente sind unter anderem:
etc/shadow und etc/passwd für Benutzeranmeldeinformationen
SSL-Zertifikate und Schlüssel in etc/ssl
Konfigurations- und Skriptdateien auf potenzielle Schwachstellen
Eingebettete Binärdateien für weitere Analyse
Gängige IoT-Gerät-Webserver und Binärdateien
Mehrere Tools unterstützen dabei, sensible Informationen und Schwachstellen im Dateisystem aufzudecken:
LinPEAS und Firmwalker zur Suche nach sensiblen Informationen
Das Firmware-Analyse- und Vergleichstool (FACT) für umfassende Firmware-Analyse
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go und EMBA für statische und dynamische Analyse
Sicherheitsüberprüfungen von kompilierten Binärdateien
Sowohl der Quellcode als auch die kompilierten Binärdateien im Dateisystem müssen auf Schwachstellen überprüft werden. Tools wie checksec.sh für Unix-Binärdateien und PESecurity für Windows-Binärdateien helfen dabei, ungeschützte Binärdateien zu identifizieren, die ausgenutzt werden könnten.
Emulation von Firmware für dynamische Analyse
Die Emulation von Firmware ermöglicht eine dynamische Analyse entweder des Betriebs eines Geräts oder eines einzelnen Programms. Dieser Ansatz kann auf Herausforderungen mit Hardware- oder Architekturabhängigkeiten stoßen, aber das Übertragen des Root-Dateisystems oder spezifischer Binärdateien auf ein Gerät mit passender Architektur und Endianness, wie einem Raspberry Pi, oder auf eine vorgefertigte virtuelle Maschine, kann weitere Tests erleichtern.
Emulation von einzelnen Binärdateien
Für die Untersuchung einzelner Programme ist es entscheidend, die Endianness und CPU-Architektur des Programms zu identifizieren.
Beispiel mit MIPS-Architektur
Um eine MIPS-Architektur-Binärdatei zu emulieren, kann man den Befehl verwenden:
Und um die erforderlichen Emulationstools zu installieren:
ARM-Architektur-Emulation
Für ARM-Binärdateien ist der Prozess ähnlich, wobei der Emulator qemu-arm zur Emulation verwendet wird.
Vollständige Systememulation
Tools wie Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit und andere erleichtern die vollständige Firmware-Emulation, automatisieren den Prozess und unterstützen die dynamische Analyse.
Dynamische Analyse in der Praxis
In diesem Stadium wird entweder eine reale oder eine emulierte Geräteumgebung für die Analyse verwendet. Es ist wichtig, den Shell-Zugriff auf das Betriebssystem und das Dateisystem aufrechtzuerhalten. Die Emulation kann Hardwareinteraktionen nicht perfekt nachahmen, was gelegentliche Emulationsneustarts erforderlich machen kann. Die Analyse sollte das Dateisystem erneut überprüfen, freigelegte Webseiten und Netzwerkdienste ausnutzen und Bootloader-Schwachstellen erkunden. Tests zur Überprüfung der Firmware-Integrität sind entscheidend, um potenzielle Hintertür-Schwachstellen zu identifizieren.
Laufzeit-Analysetechniken
Die Laufzeitanalyse beinhaltet die Interaktion mit einem Prozess oder einer Binärdatei in seiner Betriebsumgebung unter Verwendung von Tools wie gdb-multiarch, Frida und Ghidra zum Setzen von Haltepunkten und Identifizieren von Schwachstellen durch Fuzzing und andere Techniken.
Binäre Ausnutzung und Proof-of-Concept
Die Entwicklung eines PoC für identifizierte Schwachstellen erfordert ein tiefes Verständnis der Zielarchitektur und des Programmierens in Sprachen auf niedrigerer Ebene. Binäre Laufzeitschutzmaßnahmen in eingebetteten Systemen sind selten, aber wenn vorhanden, können Techniken wie Return Oriented Programming (ROP) erforderlich sein.
Vorbereitete Betriebssysteme für die Firmware-Analyse
Betriebssysteme wie AttifyOS und EmbedOS bieten vorab konfigurierte Umgebungen für die Sicherheitstests von Firmware, ausgestattet mit den erforderlichen Tools.
Vorbereitete Betriebssysteme zur Analyse von Firmware
AttifyOS: AttifyOS ist eine Distribution, die dazu gedacht ist, Ihnen bei der Durchführung von Sicherheitsbewertungen und Penetrationstests von Internet of Things (IoT)-Geräten zu helfen. Es spart Ihnen viel Zeit, indem es eine vorab konfigurierte Umgebung mit allen erforderlichen Tools bereitstellt.
EmbedOS: Embedded-Sicherheitstest-Betriebssystem basierend auf Ubuntu 18.04, vorbeladen mit Tools für die Sicherheitstests von Firmware.
Verwundbare Firmware zum Üben
Um das Entdecken von Schwachstellen in Firmware zu üben, verwenden Sie die folgenden verwundbaren Firmware-Projekte als Ausgangspunkt.
OWASP IoTGoat
Das Damn Vulnerable Router Firmware Project
Damn Vulnerable ARM Router (DVAR)
ARM-X
Azeria Labs VM 2.0
Damn Vulnerable IoT Device (DVID)
Referenzen
Schulung und Zertifizierung
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