Firmware Analysis
Introduzione
Il firmware è un software essenziale che consente ai dispositivi di funzionare correttamente gestendo e facilitando la comunicazione tra i componenti hardware e il software con cui gli utenti interagiscono. È memorizzato in memoria permanente, garantendo che il dispositivo possa accedere alle istruzioni vitali dal momento in cui viene acceso, portando al lancio del sistema operativo. Esaminare e potenzialmente modificare il firmware è un passaggio critico per identificare vulnerabilità di sicurezza.
Raccolta di informazioni
La raccolta di informazioni è un passaggio iniziale fondamentale per comprendere la composizione di un dispositivo e le tecnologie che utilizza. Questo processo prevede la raccolta di dati su:
L'architettura della CPU e il sistema operativo che esegue
Specifiche del bootloader
Layout hardware e datasheet
Metriche del codice sorgente e posizioni delle origini
Librerie esterne e tipi di licenza
Storico degli aggiornamenti e certificazioni regolamentari
Diagrammi architettonici e di flusso
Valutazioni di sicurezza e vulnerabilità identificate
A tale scopo, gli strumenti di open-source intelligence (OSINT) sono preziosi, così come l'analisi di eventuali componenti software open-source disponibili attraverso processi di revisione manuali e automatizzati. Strumenti come Coverity Scan e Semmle’s LGTM offrono analisi statica gratuita che può essere sfruttata per individuare potenziali problemi.
Acquisizione del Firmware
L'ottenimento del firmware può essere affrontato attraverso vari mezzi, ognuno con il proprio livello di complessità:
Direttamente dalla fonte (sviluppatori, produttori)
Costruendolo seguendo le istruzioni fornite
Scaricandolo dai siti di supporto ufficiali
Utilizzando query Google dork per trovare file firmware ospitati
Accedendo direttamente allo storage cloud, con strumenti come S3Scanner
Interferendo con aggiornamenti tramite tecniche man-in-the-middle
Estrazione dal dispositivo tramite connessioni come UART, JTAG o PICit
Sniffing delle richieste di aggiornamento all'interno della comunicazione del dispositivo
Identificazione e utilizzo di punti di aggiornamento codificati
Dumping dal bootloader o dalla rete
Rimozione e lettura del chip di archiviazione, quando tutto il resto fallisce, utilizzando strumenti hardware appropriati
Analisi del firmware
Ora che hai il firmware, devi estrarre informazioni su di esso per sapere come trattarlo. Puoi utilizzare diversi strumenti per questo:
Se non trovi molto con quegli strumenti, controlla l'entropia dell'immagine con binwalk -E <bin>. Se l'entropia è bassa, è improbabile che sia criptata. Se l'entropia è alta, è probabile che sia criptata (o compressa in qualche modo).
Inoltre, puoi utilizzare questi strumenti per estrarre file incorporati nel firmware:
Oppure binvis.io (codice) per ispezionare il file.
Ottenere il Filesystem
Con gli strumenti precedentemente menzionati come binwalk -ev <bin>, dovresti essere in grado di estrarre il filesystem.
Di solito, Binwalk lo estrae all'interno di una cartella con il nome del tipo di filesystem, che di solito è uno tra i seguenti: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
Estrazione Manuale del Filesystem
A volte, binwalk non ha il byte magico del filesystem nelle sue firme. In questi casi, utilizza binwalk per trovare l'offset del filesystem e intagliare il filesystem compresso dal binario ed estrarre manualmente il filesystem in base al suo tipo utilizzando i seguenti passaggi.
Esegui il seguente comando dd per estrarre il filesystem Squashfs.
In alternativa, potrebbe essere eseguito anche il seguente comando.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
Per squashfs (usato nell'esempio sopra)
$ unsquashfs dir.squashfs
I file saranno nella directory "squashfs-root" successivamente.
File di archivio CPIO
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
Per i filesystem jffs2
$ jefferson rootfsfile.jffs2
Per i filesystem ubifs con flash NAND
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Analisi del firmware
Una volta ottenuto il firmware, è essenziale analizzarlo per comprendere la sua struttura e le potenziali vulnerabilità. Questo processo prevede l'utilizzo di vari strumenti per analizzare ed estrarre dati preziosi dall'immagine del firmware.
Strumenti di analisi iniziale
Viene fornito un insieme di comandi per l'ispezione iniziale del file binario (denominato <bin>). Questi comandi aiutano a identificare i tipi di file, estrarre stringhe, analizzare dati binari e comprendere i dettagli delle partizioni e dei filesystem:
Per valutare lo stato di crittografia dell'immagine, viene controllata l'entropia con binwalk -E <bin>. Un'entropia bassa suggerisce una mancanza di crittografia, mentre un'entropia alta indica una possibile crittografia o compressione.
Per estrarre i file incorporati, si consiglia di utilizzare strumenti e risorse come la documentazione di file-data-carving-recovery-tools e binvis.io per l'ispezione dei file.
Estrazione del Filesystem
Utilizzando binwalk -ev <bin>, di solito è possibile estrarre il filesystem, spesso in una directory con il nome del tipo di filesystem (ad esempio, squashfs, ubifs). Tuttavia, quando binwalk non riesce a riconoscere il tipo di filesystem a causa della mancanza di magic bytes, è necessaria un'estrazione manuale. Ciò comporta l'utilizzo di binwalk per individuare l'offset del filesystem, seguito dal comando dd per estrarre il filesystem:
Successivamente, a seconda del tipo di filesystem (ad esempio, squashfs, cpio, jffs2, ubifs), vengono utilizzati comandi diversi per estrarre manualmente i contenuti.
Analisi del Filesystem
Una volta estratto il filesystem, inizia la ricerca di vulnerabilità di sicurezza. Si presta attenzione a demoni di rete non sicuri, credenziali codificate, endpoint API, funzionalità del server di aggiornamento, codice non compilato, script di avvio e binari compilati per l'analisi offline.
Le posizioni chiave e gli elementi da ispezionare includono:
etc/shadow e etc/passwd per le credenziali degli utenti
Certificati SSL e chiavi in etc/ssl
File di configurazione e script per potenziali vulnerabilità
Binari incorporati per ulteriori analisi
Comuni server web e binari per dispositivi IoT
Diversi strumenti aiutano a scoprire informazioni sensibili e vulnerabilità all'interno del filesystem:
LinPEAS e Firmwalker per la ricerca di informazioni sensibili
The Firmware Analysis and Comparison Tool (FACT) per un'analisi completa del firmware
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go e EMBA per l'analisi statica e dinamica
Verifiche di sicurezza sui binari compilati
Sia il codice sorgente che i binari compilati trovati nel filesystem devono essere esaminati per individuare vulnerabilità. Strumenti come checksec.sh per i binari Unix e PESecurity per i binari Windows aiutano a identificare binari non protetti che potrebbero essere sfruttati.
Emulazione del Firmware per l'Analisi Dinamica
Il processo di emulazione del firmware consente l'analisi dinamica del funzionamento di un dispositivo o di un singolo programma. Questo approccio può incontrare sfide legate alle dipendenze hardware o architetturali, ma il trasferimento del filesystem di root o di binari specifici su un dispositivo con architettura e endianness corrispondenti, come un Raspberry Pi, o su una macchina virtuale pre-costruita, può facilitare ulteriori test.
Emulazione di Singoli Binari
Per esaminare singoli programmi, è fondamentale identificare l'endianness e l'architettura della CPU del programma.
Esempio con Architettura MIPS
Per emulare un binario con architettura MIPS, è possibile utilizzare il comando:
E per installare gli strumenti di emulazione necessari:
Per MIPS (big-endian), viene utilizzato qemu-mips, mentre per i binari little-endian, la scelta ricade su qemu-mipsel.
Emulazione dell'architettura ARM
Per i binari ARM, il processo è simile, con l'emulatore qemu-arm utilizzato per l'emulazione.
Emulazione del sistema completo
Strumenti come Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit e altri, facilitano l'emulazione completa del firmware, automatizzando il processo e aiutando nell'analisi dinamica.
Analisi dinamica nella pratica
In questa fase, viene utilizzato un ambiente di dispositivo reale o emulato per l'analisi. È essenziale mantenere l'accesso alla shell del sistema operativo e al filesystem. L'emulazione potrebbe non riprodurre perfettamente le interazioni hardware, rendendo necessari riavvii occasionali dell'emulazione. L'analisi dovrebbe esaminare nuovamente il filesystem, sfruttare le pagine web e i servizi di rete esposti ed esplorare le vulnerabilità del bootloader. I test di integrità del firmware sono fondamentali per identificare potenziali vulnerabilità di backdoor.
Tecniche di analisi in tempo reale
L'analisi in tempo reale comporta l'interazione con un processo o un binario nel suo ambiente operativo, utilizzando strumenti come gdb-multiarch, Frida e Ghidra per impostare punti di interruzione e identificare vulnerabilità attraverso fuzzing e altre tecniche.
Sfruttamento binario e proof-of-concept
Lo sviluppo di un PoC per le vulnerabilità identificate richiede una profonda comprensione dell'architettura di destinazione e della programmazione in linguaggi di basso livello. Le protezioni binarie in tempo di esecuzione nei sistemi embedded sono rare, ma quando presenti, potrebbero essere necessarie tecniche come la programmazione orientata al ritorno (ROP).
Sistemi operativi preparati per l'analisi del firmware
Sistemi operativi come AttifyOS e EmbedOS forniscono ambienti preconfigurati per il testing della sicurezza del firmware, dotati degli strumenti necessari.
Sistemi operativi preparati per analizzare il firmware
AttifyOS: AttifyOS è una distribuzione progettata per aiutarti a eseguire valutazioni di sicurezza e penetration testing dei dispositivi Internet of Things (IoT). Ti fa risparmiare molto tempo fornendo un ambiente preconfigurato con tutti gli strumenti necessari caricati.
EmbedOS: Sistema operativo per il testing della sicurezza embedded basato su Ubuntu 18.04 pre-caricato con strumenti per il testing della sicurezza del firmware.
Firmware vulnerabili per esercitarsi
Per esercitarsi nella scoperta di vulnerabilità nel firmware, utilizzare i seguenti progetti di firmware vulnerabili come punto di partenza.
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)
Riferimenti
Formazione e certificazione
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