#Firmware emulacja jest niezbędnym procesem w badaniach systemów wbudowanych i #cybersecurity , umożliwiając analitykom testowanie, inspekcję i identyfikację #vulnerabilities w oprogramowaniu układowym bez potrzeby dostępu do fizycznego sprzętu.

Narzędzia takie jak QEMU, Firmadyne i Zestaw Narzędzi do Analizy Oprogramowania Układowego (FAT) są niezbędne do emulacji oprogramowania układowego opartego na Linuksie, używanego w routerach, urządzeniach IoT i innych systemach wbudowanych. Artykuł ten przedstawia te narzędzia, dostarczając krok po kroku przewodnik, jak skutecznie je wykorzystać do analizy oprogramowania układowego.

QEMU: Wszechstronna emulacja procesora

QEMU (Quick EMUlator) to szeroko używany, open-source'owy emulator zdolny do symulowania różnych architektur sprzętowych. Działa w dwóch podstawowych trybach:

1. Emulacja w trybie użytkownika: Umożliwia wykonywanie aplikacji w przestrzeni użytkownika skompilowanych dla innej architektury. Ten tryb jest przydatny do uruchamiania i analizy pojedynczych binarnych plików bez całkowitego obciążenia systemu, często przydatny w sytuacjach, gdy trzeba emulować tylko jedną aplikację lub usługę.

2. Emulacja pełnego systemu: W tym trybie #QEMU może emulować cały system sprzętowy, w tym CPU, pamięć i peryferia. Obsługuje wiele architektur, takich jak x86, ARM, MIPS, PowerPC i SPARC, umożliwiając badaczom uruchamianie całych systemów operacyjnych w emulowanym środowisku. To jest szczególnie korzystne dla analizy oprogramowania układowego, ponieważ umożliwia testowanie kompletnego oprogramowania w symulowanym środowisku.

QEMU to solidne i niskopoziomowe narzędzie, często wymagające ręcznej konfiguracji do uruchomienia oprogramowania układowego. Jego szerokie wsparcie architektur czyni go popularnym wyborem wśród osób zajmujących się urządzeniami IoT i wbudowanymi.

Używanie QEMU z Pythonem

Firmadyne: Ramy emulacji oprogramowania układowego

Firmadyne to zautomatyzowany system zbudowany na bazie QEMU, zaprojektowany specjalnie do analizy oprogramowania układowego opartego na #Linux . Koncentruje się na ekstrakcji i emulacji oprogramowania układowego z urządzeń takich jak routery, kamery IP i inne systemy IoT. Kluczowe cechy to:

- Ekstrakcja oprogramowania układowego: Firmadyne wyodrębnia kluczowe elementy, takie jak jądro i system plików głównych z obrazów oprogramowania układowego. To jest niezbędne, ponieważ większość oprogramowania układowego jest pakowana w formatach własnościowych, które muszą być rozpakowane przed analizą.

- Emulacja systemu: Używając QEMU, Firmadyne emuluje wyodrębnione oprogramowanie układowe. Umożliwia to badaczom interakcję z systemem za pośrednictwem wirtualnej konsoli, symulując rzeczywiste zachowanie urządzenia.

- Wykrywanie luk: Firmadyne ma wbudowaną automatyzację do odkrywania potencjalnych luk, takich jak otwarte usługi sieciowe lub niebezpieczne konfiguracje.

Firmadyne jest wysoce skuteczne w dużych projektach badawczych, ponieważ obsługuje zautomatyzowane przetwarzanie wsadowe obrazów oprogramowania układowego i może obsługiwać oprogramowanie układowe od różnych producentów i architektur (głównie MIPS, ARM i x86).

Automatyzacja przepływu pracy Firmadyne z Pythonem

Zestaw narzędzi do analizy oprogramowania układowego (FAT): Uproszczenie procesu

Zestaw Narzędzi do Analizy Oprogramowania Układowego (FAT) jest opakowaniem wokół Firmadyne, stworzonym przez grupę bezpieczeństwa Attify. Jego celem jest uproszczenie często żmudnej konfiguracji i ustawienia Firmadyne, czyniąc emulację oprogramowania układowego bardziej dostępną, szczególnie dla początkujących. FAT oferuje:

- Zautomatyzowana konfiguracja: Zamiast ręcznie konfigurować Firmadyne, użytkownicy mogą skorzystać z uproszczonych skryptów FAT do automatyzacji ekstrakcji oprogramowania układowego, konfiguracji i emulacji opartej na QEMU.

- Przyjazny dla użytkownika proces: Wystarczy, że wskaźnik FAT na obraz oprogramowania układowego, a on wykonuje ekstrakcję, ustawia emulowane środowisko i uruchamia system w QEMU w celu dalszej interakcji. To upraszcza cały proces, który w innym przypadku może być skomplikowany i czasochłonny.

Jednak FAT jest ograniczony do oprogramowania układowego opartego na Linuksie, a jego wsparcie dla emulacji jest ograniczone przez typy oprogramowania układowego, które Firmadyne może obsługiwać.

Kroki emulacji dla analizy oprogramowania układowego

1. Zidentyfikuj architekturę oprogramowania układowego: Oprogramowanie układowe zazwyczaj działa na architekturach takich jak MIPS, ARM lub x86. Identyfikacja właściwej architektury jest kluczowa, ponieważ narzędzia takie jak QEMU potrzebują tych informacji, aby poprawnie emulować oprogramowanie układowe. Możesz zidentyfikować architekturę z metadanych w obrazie oprogramowania lub używając narzędzi takich jak binwalk lub file.

2. Użyj QEMU lub FAT do emulacji: W zależności od oprogramowania układowego, można użyć trybu użytkownika lub trybu pełnego systemu QEMU. FAT upraszcza to, automatycznie ustawiając QEMU w odpowiednim trybie dla danego oprogramowania, zazwyczaj wymagając niewielkiej interwencji użytkownika poza dostarczeniem obrazu oprogramowania układowego.

3. Ekstrakcja i emulacja: Narzędzia takie jak binwalk, firmware-mod-kit lub Firmadyne są używane do ekstrakcji zawartości obrazu oprogramowania układowego. Po wyodrębnieniu systemu plików głównych i jądra można rozpocząć emulację. Jeśli używasz FAT, ten krok jest w dużej mierze zautomatyzowany.

4. Interakcja z emulowanym systemem: Po emulacji oprogramowania użytkownicy mogą wchodzić w interakcje z wirtualnym środowiskiem za pośrednictwem konsoli QEMU lub łączyć się przez usługi takie jak SSH lub Telnet, jeśli oprogramowanie układowe to umożliwia. To pozwala na dokładną inspekcję zachowania urządzenia.

Używanie Zestawu Narzędzi do Analizy Oprogramowania Układowego (FAT) z Pythonem

Zaawansowane techniki: Debugowanie i analiza

1. Debugowanie z gdbserver: QEMU wspiera zdalne debugowanie przez gdbserver, co pozwala użytkownikowi dołączyć debugger (np. gdb) do działającego procesu w emulowanym środowisku. To jest przydatne do inżynierii wstecznej i analizy dynamicznej funkcjonalności oprogramowania układowego.

2. Modyfikacja skryptów inicjalizacyjnych: W niektórych przypadkach można uzyskać dostęp do powłoki w emulowanym systemie poprzez modyfikację skryptów inicjalizacyjnych, takich jak /etc/inittab. Może to spowodować, że system otworzy powłokę, umożliwiając głębsze badanie.

3. Niestandardowe toolchainy: Dla niektórych systemów wbudowanych mogą być wymagane niestandardowe toolchainy do kompilacji i uruchamiania binariów zgodnych z niestandardowymi architekturami sprzętowymi (np. własnościowe warianty MIPS). Badacze często muszą używać tych toolchainów do krzyżowej kompilacji niestandardowych binariów do testowania w emulowanym środowisku.

Wyzwania i ograniczenia

Choć emulacja oprogramowania układowego oferuje potężne wglądy w zachowanie urządzeń wbudowanych, nie jest pozbawiona ograniczeń:

- Niekompletne wsparcie: Niektóre oprogramowanie układowe, szczególnie dla urządzeń własnościowych lub wysoce specjalizowanych, nie może być w pełni emulowane z powodu braku lub nieobsługiwanej emulacji peryferiów w QEMU.

- Zamknięte architektury oprogramowania układowego: Urządzenia wykorzystujące niestandardowe lub niedokumentowane architektury mogą wymagać dodatkowego wysiłku w zakresie inżynierii wstecznej, zanim będą mogły być emulowane.

- Złożoność analizy dynamicznej: Nawet z narzędziami takimi jak Firmadyne i FAT, analiza zachowań dynamicznych, takich jak komunikacja sieciowa w czasie rzeczywistym, może być skomplikowana bez pełnej replikacji sprzętu.



Debugowanie z GDB w QEMU

Emulacja oprogramowania układowego przy użyciu narzędzi takich jak QEMU, Firmadyne i Zestaw Narzędzi do Analizy Oprogramowania Układowego umożliwia badaczom przeprowadzanie szczegółowej analizy systemów wbudowanych bez potrzeby posiadania fizycznego sprzętu. Te narzędzia upraszczają ekstrakcję, emulację i interakcję z oprogramowaniem układowym, oferując praktyczne podejście do identyfikacji luk. Chociaż istnieją wyzwania, takie jak ograniczone wsparcie dla sprzętu własnościowego, emulacja pozostaje kluczowym elementem nowoczesnych badań bezpieczeństwa systemów wbudowanych.

Szczególne podziękowania dla SecNigma