Firmware Analysis
Introdução
O firmware é um software essencial que permite que os dispositivos operem corretamente, gerenciando e facilitando a comunicação entre os componentes de hardware e o software com o qual os usuários interagem. Ele é armazenado em memória permanente, garantindo que o dispositivo possa acessar instruções vitais a partir do momento em que é ligado, levando ao lançamento do sistema operacional. Examinar e potencialmente modificar o firmware é um passo crítico na identificação de vulnerabilidades de segurança.
Coleta de Informações
A coleta de informações é um passo inicial crítico para entender a composição de um dispositivo e as tecnologias que ele utiliza. Esse processo envolve a coleta de dados sobre:
A arquitetura da CPU e o sistema operacional que ele executa
Especificações do bootloader
Layout de hardware e fichas técnicas
Métricas de código e localizações de origem
Bibliotecas externas e tipos de licença
Históricos de atualização e certificações regulatórias
Diagramas arquiteturais e de fluxo
Avaliações de segurança e vulnerabilidades identificadas
Para esse fim, ferramentas de inteligência de fontes abertas (OSINT) são inestimáveis, assim como a análise de quaisquer componentes de software de código aberto disponíveis por meio de processos de revisão manuais e automatizados. Ferramentas como Coverity Scan e LGTM da Semmle oferecem análise estática gratuita que pode ser aproveitada para encontrar possíveis problemas.
Obtenção do Firmware
A obtenção do firmware pode ser abordada por vários meios, cada um com seu próprio nível de complexidade:
Diretamente da fonte (desenvolvedores, fabricantes)
Construindo a partir de instruções fornecidas
Baixando de sites de suporte oficiais
Utilizando consultas Google dork para encontrar arquivos de firmware hospedados
Acessando armazenamento em nuvem diretamente, com ferramentas como S3Scanner
Interceptando atualizações por meio de técnicas de homem-no-meio
Extraindo do dispositivo por meio de conexões como UART, JTAG ou PICit
Capturando solicitações de atualização dentro da comunicação do dispositivo
Identificando e usando pontos de atualização codificados
Despejando do bootloader ou rede
Removendo e lendo o chip de armazenamento, quando tudo mais falha, usando ferramentas de hardware apropriadas
Analisando o Firmware
Agora que você tem o firmware, você precisa extrair informações sobre ele para saber como tratá-lo. Diferentes ferramentas que você pode usar para isso:
Se não encontrar muito com essas ferramentas, verifique a entropia da imagem com binwalk -E <bin>, se a entropia for baixa, então é pouco provável que esteja criptografada. Se a entropia for alta, é provável que esteja criptografada (ou comprimida de alguma forma).
Além disso, você pode usar essas ferramentas para extrair arquivos incorporados no firmware:
pageFile/Data Carving & Recovery ToolsOu binvis.io (código) para inspecionar o arquivo.
Obtendo o Sistema de Arquivos
Com as ferramentas mencionadas anteriormente, como binwalk -ev <bin>, você deveria ter sido capaz de extrair o sistema de arquivos.
O Binwalk geralmente extrai dentro de uma pasta com o nome do tipo de sistema de arquivos, que geralmente é um dos seguintes: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
Extração Manual do Sistema de Arquivos
Às vezes, o binwalk não terá o byte mágico do sistema de arquivos em suas assinaturas. Nestes casos, use o binwalk para encontrar o deslocamento do sistema de arquivos e esculpir o sistema de arquivos comprimido do binário e extrair manualmente o sistema de arquivos de acordo com seu tipo usando os passos abaixo.
Execute o seguinte comando dd esculpindo o sistema de arquivos Squashfs.
Alternativamente, o seguinte comando também pode ser executado.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
Para squashfs (usado no exemplo acima)
$ unsquashfs dir.squashfs
Os arquivos estarão no diretório "squashfs-root" posteriormente.
Arquivos de arquivo CPIO
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
Para sistemas de arquivos jffs2
$ jefferson rootfsfile.jffs2
Para sistemas de arquivos ubifs com flash NAND
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Analisando Firmware
Uma vez que o firmware é obtido, é essencial dissecá-lo para entender sua estrutura e potenciais vulnerabilidades. Esse processo envolve a utilização de várias ferramentas para analisar e extrair dados valiosos da imagem do firmware.
Ferramentas de Análise Inicial
Um conjunto de comandos é fornecido para inspeção inicial do arquivo binário (referido como <bin>). Esses comandos ajudam na identificação de tipos de arquivos, extração de strings, análise de dados binários e compreensão dos detalhes de partição e sistema de arquivos:
Para avaliar o status de criptografia da imagem, a entropia é verificada com binwalk -E <bin>. Baixa entropia sugere falta de criptografia, enquanto alta entropia indica possível criptografia ou compressão.
Para extrair arquivos embutidos, são recomendadas ferramentas e recursos como a documentação de file-data-carving-recovery-tools e o binvis.io para inspeção de arquivos.
Extraindo o Sistema de Arquivos
Usando binwalk -ev <bin>, geralmente é possível extrair o sistema de arquivos, frequentemente para um diretório nomeado de acordo com o tipo de sistema de arquivos (por exemplo, squashfs, ubifs). No entanto, quando o binwalk falha em reconhecer o tipo de sistema de arquivos devido à ausência de bytes mágicos, a extração manual é necessária. Isso envolve usar o binwalk para localizar o deslocamento do sistema de arquivos, seguido pelo comando dd para extrair o sistema de arquivos:
Análise do Sistema de Arquivos
Com o sistema de arquivos extraído, a busca por falhas de segurança começa. A atenção é voltada para daemons de rede inseguros, credenciais codificadas, endpoints de API, funcionalidades de servidor de atualização, código não compilado, scripts de inicialização e binários compilados para análise offline.
Locais-chave e itens para inspecionar incluem:
etc/shadow e etc/passwd para credenciais de usuário
Certificados SSL e chaves em etc/ssl
Arquivos de configuração e scripts em busca de vulnerabilidades potenciais
Binários incorporados para análise adicional
Servidores web comuns de dispositivos IoT e binários
Várias ferramentas auxiliam na descoberta de informações sensíveis e vulnerabilidades dentro do sistema de arquivos:
LinPEAS e Firmwalker para busca de informações sensíveis
The Firmware Analysis and Comparison Tool (FACT) para análise abrangente de firmware
FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go e EMBA para análise estática e dinâmica
Verificações de Segurança em Binários Compilados
Tanto o código-fonte quanto os binários compilados encontrados no sistema de arquivos devem ser examinados em busca de vulnerabilidades. Ferramentas como checksec.sh para binários Unix e PESecurity para binários do Windows ajudam a identificar binários desprotegidos que poderiam ser explorados.
Emulação de Firmware para Análise Dinâmica
O processo de emulação de firmware permite a análise dinâmica da operação de um dispositivo ou de um programa individual. Essa abordagem pode enfrentar desafios com dependências de hardware ou arquitetura, mas transferir o sistema de arquivos raiz ou binários específicos para um dispositivo com arquitetura e endianness correspondentes, como um Raspberry Pi, ou para uma máquina virtual pré-construída, pode facilitar testes adicionais.
Emulação de Binários Individuais
Para examinar programas individuais, é crucial identificar a endianness e a arquitetura da CPU do programa.
Exemplo com Arquitetura MIPS
Para emular um binário de arquitetura MIPS, pode-se usar o comando:
E para instalar as ferramentas de emulação necessárias:
Emulação de Arquitetura ARM
Para binários ARM, o processo é semelhante, com o emulador qemu-arm sendo utilizado para a emulação.
Emulação de Sistema Completo
Ferramentas como Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit e outras facilitam a emulação completa de firmware, automatizando o processo e auxiliando na análise dinâmica.
Análise Dinâmica na Prática
Nesta etapa, é utilizado um ambiente de dispositivo real ou emulado para análise. É essencial manter acesso ao shell do sistema operacional e ao sistema de arquivos. A emulação pode não reproduzir perfeitamente as interações de hardware, exigindo reinicializações ocasionais da emulação. A análise deve revisitar o sistema de arquivos, explorar páginas da web expostas e serviços de rede, e investigar vulnerabilidades no bootloader. Testes de integridade do firmware são críticos para identificar possíveis vulnerabilidades de backdoor.
Técnicas de Análise em Tempo de Execução
A análise em tempo de execução envolve interagir com um processo ou binário em seu ambiente operacional, utilizando ferramentas como gdb-multiarch, Frida e Ghidra para definir pontos de interrupção e identificar vulnerabilidades por meio de fuzzing e outras técnicas.
Exploração de Binários e Prova de Conceito
Desenvolver uma PoC para vulnerabilidades identificadas requer um profundo entendimento da arquitetura alvo e programação em linguagens de baixo nível. Proteções de tempo de execução de binários em sistemas embarcados são raras, mas quando presentes, técnicas como Programação Orientada a Retorno (ROP) podem ser necessárias.
Sistemas Operacionais Preparados para Análise de Firmware
Sistemas operacionais como AttifyOS e EmbedOS fornecem ambientes pré-configurados para testes de segurança de firmware, equipados com ferramentas necessárias.
Sistemas Operacionais Preparados para Analisar Firmware
AttifyOS: AttifyOS é uma distribuição destinada a ajudar na avaliação de segurança e testes de penetração de dispositivos da Internet das Coisas (IoT). Economiza tempo fornecendo um ambiente pré-configurado com todas as ferramentas necessárias carregadas.
EmbedOS: Sistema operacional de teste de segurança embarcado baseado no Ubuntu 18.04 pré-carregado com ferramentas de teste de segurança de firmware.
Firmware Vulnerável para Prática
Para praticar a descoberta de vulnerabilidades em firmware, utilize os seguintes projetos de firmware vulneráveis como ponto 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)
Referências
Treinamento e Certificação
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