Black Hat USA 2025 | Watch Your (Lock)Step: Glitching into Automotive Processors
三句話摘要
通過故障注入攻擊突破汽車ECU的Lockstep防護，證明安全特性不等於資訊安全。 Lockstep是安全(safety)而非資訊安全(security)機制，對故障注入攻擊的防禦遠不完整——任何安全聲稱都必須透過實際攻擊驗證，盲目信任廠商宣傳是危險的。 Lockstep是為應對汽車發動機灣環境中的隨機故障(如25,000V點火系統、120V負載轉儲、宇宙射線)而設計，但這屬於安全(safety)特性而非資訊安全(security)特性——德文中兩者同字，導致業界混淆。
重點整理
重點- 1
Lockstep是為應對汽車發動機灣環境中的隨機故障(如25,000V點火系統、120V負載轉儲、宇宙射線)而設計，但這屬於安全(safety)特性而非資訊安全(security)特性——德文中兩者同字，導致業界混淆。
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故障注入有兩個主要向量：電壓故障注入透過精確時刻短暫降低電源；電磁故障注入使用Chip Shouter在高精度XYZ平台上掃描晶片表面。兩者都需盲目暴力搜尋時序和強度參數。
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講者通過邏輯分析器逆向DAP協議的方向控制信號，識別出FTDI FT2232晶片上的MPSSE通訊，用Tshark自動提取官方工具的USB通訊並簡化為最小檢查指令集。
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在Infineon TriCore TC275、TI Hercules及其他五款支援Lockstep的處理器上，至少兩款成功被繞過Debug密碼，表明Lockstep並非完整的實訊安全防護。
實用技巧與重點
乾貨- 硬體與環境：
- TriCore Lockstep延遲：約2個時脈週期
- 汽車干擾源：負載轉儲(120V)、點火系統(25,000V)、電磁噪聲、宇宙射線
- ASIL等級：C級(高風險但可恢復)、D級(最高風險、災難性結果)
- 故障檢測時間要求：毫秒級(ASIL D)
- 測試晶片：
- Infineon TriCore TC200、TC300、TC400系列
- TI Hercules(雙核ARM Cortex-R)
- NXP、ST、Renesas各一款
- 攻擊工具與數據：
- 故障注入硬體：ChipWhisperer、Fault Here(Pico + MOSFET)、Chip Shouter
- Debug密碼長度：128位或256位
- 官方工具：連接時間2-3秒、無開源實現、僅限Windows
- 開源工具性能：50次/秒(約100倍提升)、包含重置和觸發信號生成
- 協議規格：6位CRC、FTDI FT2232 MPSSE、DAP(DAP0/DAP1)
- 成功時間：數週連續運行才取得首次成功
- 意外發現：
- Nintendo Switch 2的Boot ROM使用Lockstep
結論
結論“Lockstep是安全(safety)而非資訊安全(security)機制，對故障注入攻擊的防禦遠不完整——任何安全聲稱都必須透過實際攻擊驗證，盲目信任廠商宣傳是危險的。”
完整解析
詳細現代汽車ECU採用Lockstep架構來應對引擎灣的惡劣電磁環境。當Lockstep核心接收相同輸入並執行相同指令時，第二個核心會延遲約兩個時脈週期執行，兩核心完成後系統比對暫存器和IO狀態。如果故障(如宇宙射線或電磁干擾)只擊中其中一個核心，比對即會失敗並觸發錯誤處理。這種檢測機制在ASIL D級控制器上強制要求故障必須在毫秒內被偵測。
講者Thomas Roth購置大量開發板後，開始驗證Lockstep是否真能防禦故障注入。故障注入分為兩類：電壓故障注入透過移除去耦電容並連接簡單MOSFET，在精確時刻將電源降至臨界點；電磁故障注入使用Chip Shouter在XYZ工作平台上系統性地掃描晶片，嘗試不同的延遲、脈衝寬度和電壓。初期測試採用高度易受故障注入影響的測試韌體——三個嵌套迴圈遞增整數，任何位翻轉都能被檢出。結果表明Infineon TriCore、TI Hercules等多款Lockstep處理器都存在脆弱性。
突破Debug密碼保護是進一步攻擊的關鍵。官方工具(如UDAS)連接耗時2-3秒，根本無法支持大規模暴力破解。講者的突破在於使用邏輯分析器捕捉官方工具的USB通訊，發現FTDI FT2232晶片上的MPSSE協議通訊包含所有控制命令。透過Tshark解析pcap檔案並自動生成簡化指令集，他建立的開源工具能以50次/秒的速度檢查Debug密碼狀態(含重置和故障注入觸發)。在數週的無人值守連續運行後，至少兩款不同廠商的處理器Debug密碼防護被成功繞過，允許講者讀寫韌體並進行任意修改。
關鍵時刻
Pipeline v2帶時間戳的重點，會在逐字稿層級分析上線後產生。目前請先透過原始影片觀看。
事實查核
Pipeline v2說法查證是下一次管線升級的一部分。KeyFrame 只會顯示它真正能驗證的內容。
