Firmware Analysis
Introducción
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.
Recopilación de Información
La recopilación de 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 problemas potenciales.
Adquisición del Firmware
La obtención del 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
Esperando solicitudes de actualización dentro de la comunicación del dispositivo
Identificando y utilizando puntos finales de actualización codificados
Volcando 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
Análisis del firmware
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:
pageFile/Data Carving & Recovery ToolsO binvis.io (código) para inspeccionar el archivo.
Obteniendo el Sistema de Archivos
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.
Extracción Manual del Sistema de Archivos
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 tallando 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>
Analizando Firmware
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.
Herramientas de Análisis Inicial
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 encriptación de la imagen, se verifica la entropía con binwalk -E <bin>. Una baja entropía sugiere una falta de encriptación, mientras que una alta entropía indica posible encriptación o compresión.
Para extraer archivos incrustados, se recomiendan herramientas y recursos como la documentación de file-data-carving-recovery-tools y binvis.io para inspección de archivos.
Extracción del Sistema 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:
Análisis del Sistema de Archivos
Con el sistema de archivos extraído, comienza la búsqueda de fallas 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 análisis adicional
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 análisis exhaustivo de firmware
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go y EMBA para análisis estático y dinámico
Verificaciones de Seguridad en Binarios Compilados
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.
Emulación de Firmware para Análisis Dinámico
El proceso de emular firmware permite el análisis dinámico 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.
Emulación de Binarios Individuales
Para examinar programas individuales, es crucial identificar la endianness y la arquitectura de la CPU del programa.
Ejemplo con Arquitectura MIPS
Para emular un binario de arquitectura MIPS, se puede utilizar el siguiente comando:
Y para instalar las herramientas de emulación necesarias:
Emulación de Arquitectura ARM
Para binarios ARM, el proceso es similar, utilizando el emulador qemu-arm para la emulación.
Emulación de Sistema Completo
Herramientas como Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit y otras, facilitan la emulación completa de firmware, automatizando el proceso y ayudando en el análisis dinámico.
Análisis Dinámico en la Práctica
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 replicar 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.
Técnicas de Análisis en Tiempo de Ejecución
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.
Explotación de Binarios y Prueba de Concepto
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 Preparados para Análisis de Firmware
Sistemas operativos como AttifyOS y EmbedOS proporcionan entornos preconfigurados para pruebas de seguridad de firmware, equipados con las herramientas necesarias.
Sistemas Operativos Preparados para Analizar Firmware
AttifyOS: AttifyOS es una distribución diseñada para 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.
Firmware Vulnerable para Practicar
Para practicar descubriendo vulnerabilidades en firmware, utiliza los siguientes proyectos de firmware vulnerables como punto de partida.
OWASP IoTGoat
Proyecto de Firmware de Enrutador Muy Vulnerable (DVRF)
Enrutador ARM Muy Vulnerable (DVAR)
ARM-X
Azeria Labs VM 2.0
Dispositivo IoT Muy Vulnerable (DVID)
Referencias
Entrenamiento y Certificación
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