Firmware Analysis
Introduction
Le micrologiciel est un logiciel essentiel qui permet aux appareils de fonctionner correctement en gérant et en facilitant la communication entre les composants matériels et le logiciel avec lequel les utilisateurs interagissent. Il est stocké en mémoire permanente, garantissant que l'appareil peut accéder aux instructions vitales dès sa mise sous tension, ce qui conduit au lancement du système d'exploitation. Examiner et éventuellement modifier le micrologiciel est une étape critique pour identifier les vulnérabilités de sécurité.
Collecte d'informations
La collecte d'informations est une étape initiale critique pour comprendre la composition d'un appareil et les technologies qu'il utilise. Ce processus implique la collecte de données sur :
L'architecture du processeur et le système d'exploitation qu'il exécute
Spécificités du chargeur d'amorçage
Configuration matérielle et fiches techniques
Métriques de la base de code et emplacements des sources
Bibliothèques externes et types de licences
Historiques de mises à jour et certifications réglementaires
Diagrammes architecturaux et de flux
Évaluations de sécurité et vulnérabilités identifiées
À cette fin, les outils de renseignement en source ouverte (OSINT) sont inestimables, tout comme l'analyse de tout composant logiciel en source ouverte disponible via des processus d'examen manuels et automatisés. Des outils comme Coverity Scan et LGTM de Semmle offrent une analyse statique gratuite qui peut être exploitée pour trouver des problèmes potentiels.
Acquisition du micrologiciel
L'obtention du micrologiciel peut être abordée de diverses manières, chacune avec son propre niveau de complexité :
Directement auprès de la source (développeurs, fabricants)
Le construire à partir des instructions fournies
Télécharger depuis les sites de support officiels
Utiliser des requêtes Google dork pour trouver des fichiers de micrologiciel hébergés
Accéder au stockage cloud directement, avec des outils comme S3Scanner
Intercepter les mises à jour via des techniques de l'homme du milieu
Extraire du périphérique via des connexions comme UART, JTAG ou PICit
Sniffer les demandes de mise à jour dans la communication de l'appareil
Identifier et utiliser des points de terminaison de mise à jour codés en dur
Extraire du chargeur d'amorçage ou du réseau
Retirer et lire la puce de stockage, en dernier recours, en utilisant des outils matériels appropriés
Analyse du micrologiciel
Maintenant que vous avez le micrologiciel, vous devez extraire des informations à son sujet pour savoir comment le traiter. Différents outils que vous pouvez utiliser à cet effet :
Si vous ne trouvez pas grand-chose avec ces outils, vérifiez l'entropie de l'image avec binwalk -E <bin>, si l'entropie est faible, il est peu probable qu'elle soit chiffrée. Si l'entropie est élevée, il est probable qu'elle soit chiffrée (ou compressée de quelque manière).
De plus, vous pouvez utiliser ces outils pour extraire des fichiers intégrés dans le firmware:
Ou binvis.io (code) pour inspecter le fichier.
Obtenir le système de fichiers
Avec les outils précédemment commentés comme binwalk -ev <bin>, vous devriez avoir pu extraire le système de fichiers.
Binwalk l'extrait généralement dans un dossier nommé comme le type de système de fichiers, qui est généralement l'un des suivants : squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
Extraction manuelle du système de fichiers
Parfois, binwalk n'aura pas l'octet magique du système de fichiers dans ses signatures. Dans ces cas, utilisez binwalk pour trouver l'offset du système de fichiers et découper le système de fichiers compressé du binaire et extraire manuellement le système de fichiers selon son type en suivant les étapes ci-dessous.
Exécutez la commande dd suivante pour extraire le système de fichiers Squashfs.
Alternativement, la commande suivante pourrait également être exécutée.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
Pour squashfs (utilisé dans l'exemple ci-dessus)
$ unsquashfs dir.squashfs
Les fichiers seront dans le répertoire "squashfs-root" par la suite.
Fichiers d'archive CPIO
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
Pour les systèmes de fichiers jffs2
$ jefferson rootfsfile.jffs2
Pour les systèmes de fichiers ubifs avec flash NAND
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Analyse du Firmware
Une fois le firmware obtenu, il est essentiel de le disséquer pour comprendre sa structure et ses vulnérabilités potentielles. Ce processus implique l'utilisation de divers outils pour analyser et extraire des données précieuses de l'image du firmware.
Outils d'Analyse Initiale
Un ensemble de commandes est fourni pour l'inspection initiale du fichier binaire (appelé <bin>). Ces commandes aident à identifier les types de fichiers, extraire des chaînes, analyser des données binaires et comprendre les détails des partitions et des systèmes de fichiers :
Pour évaluer le statut de chiffrement de l'image, l'entropie est vérifiée avec binwalk -E <bin>. Une faible entropie suggère un manque de chiffrement, tandis qu'une entropie élevée indique un possible chiffrement ou compression.
Pour extraire des fichiers intégrés, des outils et des ressources comme la documentation sur les outils de récupération de données de découpe de fichiers et binvis.io pour l'inspection des fichiers sont recommandés.
Extraction du système de fichiers
En utilisant binwalk -ev <bin>, on peut généralement extraire le système de fichiers, souvent dans un répertoire nommé d'après le type de système de fichiers (par exemple, squashfs, ubifs). Cependant, lorsque binwalk échoue à reconnaître le type de système de fichiers en raison de l'absence d'octets magiques, une extraction manuelle est nécessaire. Cela implique d'utiliser binwalk pour localiser le décalage du système de fichiers, suivi de la commande dd pour découper le système de fichiers:
Analyse du système de fichiers
Une fois le système de fichiers extrait, la recherche de failles de sécurité commence. Une attention particulière est portée aux démons réseau non sécurisés, aux identifiants codés en dur, aux points d'API, aux fonctionnalités de serveur de mise à jour, au code non compilé, aux scripts de démarrage et aux binaires compilés pour une analyse hors ligne.
Les emplacements clés et les éléments à inspecter comprennent :
etc/shadow et etc/passwd pour les identifiants d'utilisateur
Certificats SSL et clés dans etc/ssl
Fichiers de configuration et de script pour des vulnérabilités potentielles
Binaires intégrés pour une analyse plus approfondie
Serveurs web d'appareils IoT courants et binaires
Plusieurs outils aident à découvrir des informations sensibles et des vulnérabilités dans le système de fichiers :
LinPEAS et Firmwalker pour la recherche d'informations sensibles
L'outil d'analyse et de comparaison de firmware (FACT) pour une analyse complète du firmware
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go et EMBA pour une analyse statique et dynamique
Vérifications de sécurité sur les binaires compilés
Le code source et les binaires compilés trouvés dans le système de fichiers doivent être examinés pour détecter des vulnérabilités. Des outils comme checksec.sh pour les binaires Unix et PESecurity pour les binaires Windows aident à identifier les binaires non protégés qui pourraient être exploités.
Émulation de firmware pour une analyse dynamique
Le processus d'émulation de firmware permet une analyse dynamique du fonctionnement d'un appareil ou d'un programme individuel. Cette approche peut rencontrer des défis liés aux dépendances matérielles ou architecturales, mais le transfert du système de fichiers racine ou de binaires spécifiques vers un appareil avec une architecture et une endianness correspondantes, tel qu'un Raspberry Pi, ou vers une machine virtuelle pré-construite, peut faciliter les tests ultérieurs.
Émulation de binaires individuels
Pour examiner des programmes individuels, il est crucial d'identifier l'endianness et l'architecture du processeur du programme.
Exemple avec l'architecture MIPS
Pour émuler un binaire d'architecture MIPS, on peut utiliser la commande :
Et pour installer les outils d'émulation nécessaires :
Emulation de l'architecture ARM
Pour les binaires ARM, le processus est similaire, avec l'émulateur qemu-arm étant utilisé pour l'émulation.
Emulation du système complet
Des outils comme Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit, et d'autres, facilitent l'émulation complète du firmware, automatisant le processus et aidant dans l'analyse dynamique.
Analyse Dynamique en Pratique
À ce stade, un environnement de dispositif réel ou émulé est utilisé pour l'analyse. Il est essentiel de maintenir l'accès à l'interface en ligne de commande de l'OS et au système de fichiers. L'émulation peut ne pas reproduire parfaitement les interactions matérielles, nécessitant parfois des redémarrages de l'émulation. L'analyse devrait revisiter le système de fichiers, exploiter les pages web exposées et les services réseau, et explorer les vulnérabilités du chargeur d'amorçage. Les tests d'intégrité du firmware sont essentiels pour identifier les potentielles vulnérabilités de porte dérobée.
Techniques d'Analyse en Temps d'Exécution
L'analyse en temps d'exécution implique d'interagir avec un processus ou un binaire dans son environnement d'exploitation, en utilisant des outils comme gdb-multiarch, Frida, et Ghidra pour définir des points d'arrêt et identifier les vulnérabilités à travers le fuzzing et d'autres techniques.
Exploitation Binaire et Preuve de Concept
Développer une PoC pour les vulnérabilités identifiées nécessite une compréhension approfondie de l'architecture cible et de la programmation en langages de bas niveau. Les protections d'exécution binaire dans les systèmes embarqués sont rares, mais lorsque présentes, des techniques comme la Programmation Orientée Retour (ROP) peuvent être nécessaires.
Systèmes d'Exploitation Préparés pour l'Analyse de Firmware
Des systèmes d'exploitation comme AttifyOS et EmbedOS fournissent des environnements préconfigurés pour les tests de sécurité des firmwares, équipés des outils nécessaires.
OS Préparés pour Analyser les Firmwares
AttifyOS: AttifyOS est une distribution conçue pour vous aider à réaliser des évaluations de sécurité et des tests de pénétration des dispositifs Internet des Objets (IoT). Il vous fait gagner du temps en fournissant un environnement préconfiguré avec tous les outils nécessaires chargés.
EmbedOS: Système d'exploitation de test de sécurité embarqué basé sur Ubuntu 18.04 préchargé avec des outils de test de sécurité des firmwares.
Firmwares Vulnérables pour la Pratique
Pour pratiquer la découverte de vulnérabilités dans les firmwares, utilisez les projets de firmwares vulnérables suivants comme point de départ.
OWASP IoTGoat
Le Projet de Firmware de Routeur Vulnérable Damn (DVRF)
Routeur ARM Vulnérable Damn (DVAR)
ARM-X
Azeria Labs VM 2.0
Dispositif IoT Vulnérable Damn (DVID)
Références
Formation et Certificat
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