Sicheres Firmware-Update für Embedded Devices

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1 Sicheres Firmware-Update für Embedded Devices Page 1

2 Softwareupdate für Embedded Systeme SEVENSTAX bietet: Eine zuverlässige Übertragung der Firmware auf das Embedded System Flexible und komfortable Wege zur Übertragung der Firmware Individuelle Update über den Webbrowser Automatisches Update über den Server des Herstellers Automatisierte Updates durch Servicepersonal Die Firmware wird in jeder Phase und zu jedem Zeitpunkt geschützt vor: Fehlern bei der Übertragung Manipulationen der Firmware Diebstahl... mit der bekannt hohen SEVENSTAX-Qualität Die Entwicklung erfolgt unter einem definierten Qualitätsprozess Projekt-Ergebnisse durchlaufen umfangreiche automatische und manuelle Tests Ausgelieferter Code ist geprüft (Lint, Misra, Metriken) und dokumentiert (im Code und außerhalb) Page 2

3 Firmwareupdate-Prozess Make Prozess Firmware Firmware Generator Verschlüsseln Labeln Signieren FW_Gen.exe Distribution Firmware Ausliefern, Verteilen Embedded System Speichern Überprüfen (Label, Zertifikat, Signatur) FW-Update Modul Valid Firmware Reset Validy überprüfen Entschlüsseln FW überschreiben Bootloader FW-Bootloader Modul New System Firmware Page 3

4 Erzeugen einer Distribution Firmware Firmware Zertifikat Private Key Label Verschlüsseln der Firmware Obfuscator Firmware Generator Schlüssel Berechnen des Schlüssel über einen Hashwert Symmetrische Verschlüsselung Firmware erhält am Dateikopf ein Label Hersteller, Geräte-Typ, Versionsnummer, Datum, Größe Singnieren per Zertifikat Distribution Firmware Bildung eines Hashwertes über die gesamte Firmware Asymmetrische Verschlüsselung mit private Key Anfügen des Zertifikats (von einer bekannten CA zertifiziert) Page 4

5 Auslieferung: Automatisches Firmwareupdate Automatischer Upload vom einem Server - Nutzerinteraktion ist nicht notwendig Bevorzugte Methode: Filetransfer per Embedded HTTP(s)-Client Embedded System stellt Anfrage per HTTP und eigener Identität beim Update-Server Antwort ist eine neue Firmwareversion, wenn vorhanden Update Server Vorteile: Genaue Kontrolle welches Gerät wann eine neu Firmware erhält Sperrlisten für manipulierte Geräte sind leicht zu umzusetzen HTTP-Kommunikation ist bei jedem Router freigeschaltet Embedded System Nachteil: eine Kommunikation zum Internet, Update-Server muss bestehen Sicherheit durch SSL/TLS -> HTTP(s) Alternative Methode: Filetransfer per FTP(s) Vorteile FTP: Embedded System Embedded System Ein FTP-Server kann sehr schnell aufgesetzt werden. Embedded System Eine neue Firmware muss nur in ein Verzeichnis gestellt werden. Sicherheit durch SSL/TLS->FTP(s) Page 5

6 Übertragen: lokal am Embedded System Manuelles Übertragen am Embedded System Bevorzugte Methode: File-Upload via Embedded Webserver HTTP(s) Vorteile: Sehr gute Nutzerführung durch die Webapplikation Firmwareupdate auch ohne Internetzugriff möglich Sicherheit durch Login Der Nutzer entscheidet durch den Zugriffsschutz ob und wann ein Gerät ein Update erhält Automatisiertes direktes Übertragen Einsatz in der Produktion und durch Servicepersonal mit spezieller Diagnosesoftware Bevorzugte Methode: File-Upload per TFTP Vorteile: Prozess lässt sich vollständig automatisieren TFTP lässt sich leicht in andere Tools integrieren, z.b. Testtools Sicherheit durch Tool-Integration Servicepersonal wurde vom User zu Wartung autorisiert -> Autorisierung zum Firmwareupdate Page 6

7 Übernahme der Software ins Embedded System Distribution Firmware Label überprüfen Stimmen Gerätetyp und Hersteller überein? Ist die Version größer gleich der vorhandenen? Entgegennahme der Firmware Label überprüfen Signatur überprüfen Hashwert asymmetrisch entschlüsseln und überprüfen Inhalt, Eigenschaften des Zertifikats überprüfen Zertifikatshierarchie bis zur Signatur der Root CA überprüfen Speichern CA: certification authority, Zulassungsstelle Firmware gültig schalten Signatur überprüfen Die Firmware wird durch eine Status-ID und eine Zufallszahl erweitert. Firmware gültig schalten Im internen Flash des Controllers wird ein Hashwert aus der Firmware und den Erweiterungen abgelegt. Die gültige Firmware benötigt kein Zertifikat mehr. Valid Firmware Page 7

8 Austausch der Firmware im Controller Test auf neue Firmware Bootloader startet Die Status ID und die Versionsnummer werden überprüft Überprüfen der Firmware Überprüfung der Status ID Valid Firmware Hashwert berechnen überprüfen Per Hashwert-Überprüfung werden Fehler in der Firmware ausgeschlossen. Der zugefügte Zufallswert schützt vor Manipulation Herstellen der neuen Firmware Schlüssel berechnen Entschlüsseln Der Schlüssel wird aus dem Hashwert einer geheimen Information berechnet Mit dem Schlüssel wird die neue Firmware entschlüsselt De-Obfuscation Intern Speichern Im gleichen Schritt durchlaufen die Daten den De-Obfuscator und werden intern gespeichert Freischalten der neuen Firmware Die intern geschriebene Software wird nochmals per Hashwert überprüft Neue Firmware Der Status der Valid Firmware wird auf erledigt gesetzt. Page 8

9 Angriffsszenarien In den falschen Händen kann eine Firmware ein sehr mächtiges Werkzeug sein! Firmware kann manipuliert und über das Internet verteilt werden Manipulation wird dazu genutzt, eine Backdoor in Geräte zu integrieren Geräte werden für andere, herstellerfremde Zwecke missbraucht Nutzerverhalten wird analysiert Ruf des Herstellers wird geschädigt Firmware kann analysiert werden Abschöpfen von Entwicklungs-Know-How Nachbau (Plagiat) von Geräten mit Originalsoftware Page 9

10 Sicherheit des Firmwareupdates Manipulationssicherheit Hashwerte wie SHA1 und SHA256 bieten eine sehr hohe Kollisionssicherheit Es kann keine zweite funktionsfähige Software mit dem gleichen Hashwert erzeugt werden Hashwert wird durch ein Public-Key-Verschlüsselungsverfahren sicher geschützt FW-Update Modul kann Herkunft des Zertifikats überprüfen Zertifikat ist personengebunden und dient als Unterschrift Optional: Zertifizierung über Chipkartenterminals Sicherheit vor Analyse und Fremdeinsatz der Firmware Durch den Obfuscator wird die Firmware so verändert, dass sie nicht betriebsfähig ist, aber dennoch die wesentlichen Merkmale einer Firmware mitbringt Es wird eine starke Verschlüsselung gewählt. Der Schlüssel wird dynamisch berechnet und liegt nicht als Bytefolge gespeichert vor Voraussetzungen für diese Sicherheit: Der Bootloader kann nicht (maximal nur kleine Teile) ausgelesen werden Der Firmware-Generator ist im Unternehmen geschützt Page 10

11 FAQ Warum wird die Firmware signiert, wenn sie doch schon verschlüsselt ist? Der Schutz durch Verschlüsselung ist immer nur so lange gegeben, wie der Bootloader nicht ausgelesen werden kann. Sollte es gelingen, an die Daten des Bootloaders zu gelangen, so erhält ein Angreifer auch den Binär-Code der Firmware. Die Signatur dagegen ist durch einen privaten Schlüssel im Unternehmen gesichert und dieser liegt nicht im Embedded System vor. Warum wird ein Zertifikat zur Signatur eingesetzt? Zertifikate können personalisiert ausgegeben werden. Somit ist immer nachvollziehbar, wer eine offiziellen Firmware signiert und freigegeben hat. Personen ändern sich und Zertifikate besitzen nur eine begrenzte Gültigkeit. In der Embedded Software kann die gesamte Struktur von Rechten, Personen und Gültigkeiten nicht abgebildet werden. Zertifikate werden in einer Hierarchie bis zu einer Root CA (certification authority, Zulassungsstelle) zertifiziert. Die Firmware muss nur die Root CA kennen. Warum wird die Software erst im Bootloader entschlüsselt? Im Embedded System wird die neue Firmware meist erst in einem seriellen Flash außerhalb des Controllers gespeichert. Erst nach dem neuen Booten wird eine neu vorliegende Software in das interne Flash des Controllers übertragen. Würde sich eine neue unverschlüsselte Firmware im seriellen Flash befinden, könnte sie mit einfachen Hilfsmitteln aus dem Flash extrahiert werden. Page 11

12 Über SEVENSTAX Innovation, Kompetenz und Erfahrung, das sind die Parameter, die SEVENSTAX seit über 10 Jahren zu den Experten für Embedded Internettechnologie machen. SEVENSTAX das einzige deutsche Unternehmen, das sich ausschließlich auf die Entwicklung und Beratung von Internetkommunikation für Geräte spezialisiert hat. Diese Spezialisierung und Erfahrung stecken in jedem Produkt und jedem Projekt aus unserem Hause. SEVENSTAX-Produkte befinden sich zum Beispiel in Zugangskontrollsysteme und Chipkartenterminals mit höchsten Sicherheitsanforderungen, Fahrzeugen, Heizungen, Industrieanlagen, sowie in Haushaltsgeräten und professionellen Audio-/Video-Systemen. Das jahrelange Vertrauen der Anwender hat SEVENSTAX zu einem der Weltmarktführer für professionelle Internettechnologie gemacht und uns ein besonderes Gespür dafür gegeben, worauf es unseren Kunden ankommt. Page 12

13 SEVENSTAX Protokollstacks und Applikationen Effiziente leistungsstarke Protokollstacks Anwendungsorientierte Applikationen Vollautomatische Konfiguration Minimaler Speicherverbrauch Umfassende Dokumentation Sehr schnelle Integration Hohe Qualitätsstandards Sehr gute Portabilität Bester Support RFC-konform Page 13

14 Nehmen Sie mit uns Kontakt auf! Tolga Tuncay P +49 (0) M SEVENSTAX GmbH Günther-Wagner-Allee 19 D Hannover Germany Page 14

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