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Análisis de Firmware
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Introducción
El firmware es un software esencial que permite a los dispositivos operar correctamente al gestionar y facilitar la comunicación entre los componentes de hardware y el software con el que los usuarios interactúan. Se almacena en memoria permanente, asegurando que el dispositivo pueda acceder a instrucciones vitales desde el momento en que se enciende, lo que lleva al lanzamiento del sistema operativo. Examinar y potencialmente modificar el firmware es un paso crítico para identificar vulnerabilidades de seguridad.
Recolección de Información
La recolección de información es un paso inicial crítico para entender la composición de un dispositivo y las tecnologías que utiliza. Este proceso implica recopilar datos sobre:
- La arquitectura de la CPU y el sistema operativo que ejecuta
- Especificaciones del bootloader
- Diseño de hardware y hojas de datos
- Métricas de la base de código y ubicaciones de origen
- Bibliotecas externas y tipos de licencia
- Historiales de actualizaciones y certificaciones regulatorias
- Diagramas arquitectónicos y de flujo
- Evaluaciones de seguridad y vulnerabilidades identificadas
Para este propósito, las herramientas de inteligencia de código abierto (OSINT) son invaluables, al igual que el análisis de cualquier componente de software de código abierto disponible a través de procesos de revisión manual y automatizada. Herramientas como Coverity Scan y LGTM de Semmle ofrecen análisis estático gratuito que se puede aprovechar para encontrar problemas potenciales.
Adquisición del Firmware
Obtener firmware se puede abordar a través de varios medios, cada uno con su propio nivel de complejidad:
- Directamente de la fuente (desarrolladores, fabricantes)
- Construyéndolo a partir de instrucciones proporcionadas
- Descargando de sitios de soporte oficiales
- Utilizando consultas de Google dork para encontrar archivos de firmware alojados
- Accediendo a almacenamiento en la nube directamente, con herramientas como S3Scanner
- Interceptando actualizaciones a través de técnicas de hombre en el medio
- Extrayendo del dispositivo a través de conexiones como UART, JTAG o PICit
- Esnifando solicitudes de actualización dentro de la comunicación del dispositivo
- Identificando y utilizando puntos finales de actualización codificados
- Dumping desde el bootloader o la red
- Retirando y leyendo el chip de almacenamiento, cuando todo lo demás falla, utilizando herramientas de hardware apropiadas
Analizando el firmware
Ahora que tienes el firmware, necesitas extraer información sobre él para saber cómo tratarlo. Diferentes herramientas que puedes usar para eso:
file <bin>
strings -n8 <bin>
strings -tx <bin> #print offsets in hex
hexdump -C -n 512 <bin> > hexdump.out
hexdump -C <bin> | head # might find signatures in header
fdisk -lu <bin> #lists a drives partition and filesystems if multiple
Si no encuentras mucho con esas herramientas, verifica la entropía de la imagen con binwalk -E <bin>, si la entropía es baja, entonces es poco probable que esté encriptada. Si la entropía es alta, es probable que esté encriptada (o comprimida de alguna manera).
Además, puedes usar estas herramientas para extraer archivos incrustados dentro del firmware:
{% content-ref url="../../forensics/basic-forensic-methodology/partitions-file-systems-carving/file-data-carving-recovery-tools.md" %} file-data-carving-recovery-tools.md {% endcontent-ref %}
O binvis.io (código) para inspeccionar el archivo.
Obtener el Sistema de Archivos
Con las herramientas comentadas anteriormente como binwalk -ev <bin>, deberías haber podido extraer el sistema de archivos.
Binwalk generalmente lo extrae dentro de una carpeta nombrada como el tipo de sistema de archivos, que generalmente es uno de los siguientes: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.
Extracción Manual del Sistema de Archivos
A veces, binwalk no tendrá el byte mágico del sistema de archivos en sus firmas. En estos casos, usa binwalk para encontrar el desplazamiento del sistema de archivos y tallar el sistema de archivos comprimido del binario y extraer manualmente el sistema de archivos según su tipo utilizando los pasos a continuación.
$ binwalk DIR850L_REVB.bin
DECIMAL HEXADECIMAL DESCRIPTION
----------------------------------------------------------------------------- ---
0 0x0 DLOB firmware header, boot partition: """"dev=/dev/mtdblock/1""""
10380 0x288C LZMA compressed data, properties: 0x5D, dictionary size: 8388608 bytes, uncompressed size: 5213748 bytes
1704052 0x1A0074 PackImg section delimiter tag, little endian size: 32256 bytes; big endian size: 8257536 bytes
1704084 0x1A0094 Squashfs filesystem, little endian, version 4.0, compression:lzma, size: 8256900 bytes, 2688 inodes, blocksize: 131072 bytes, created: 2016-07-12 02:28:41
Ejecute el siguiente dd command extrayendo el sistema de archivos Squashfs.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=1704084 of=dir.squashfs
8257536+0 records in
8257536+0 records out
8257536 bytes (8.3 MB, 7.9 MiB) copied, 12.5777 s, 657 kB/s
Alternativamente, también se podría ejecutar el siguiente comando.
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs
- Para squashfs (utilizado en el ejemplo anterior)
$ unsquashfs dir.squashfs
Los archivos estarán en el directorio "squashfs-root" después.
- Archivos de archivo CPIO
$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>
- Para sistemas de archivos jffs2
$ jefferson rootfsfile.jffs2
- Para sistemas de archivos ubifs con NAND flash
$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>
$ ubidump.py <bin>
Análisis de Firmware
Una vez que se obtiene el firmware, es esencial diseccionarlo para entender su estructura y posibles vulnerabilidades. Este proceso implica utilizar varias herramientas para analizar y extraer datos valiosos de la imagen del firmware.
Herramientas de Análisis Inicial
Se proporciona un conjunto de comandos para la inspección inicial del archivo binario (denominado <bin>). Estos comandos ayudan a identificar tipos de archivos, extraer cadenas, analizar datos binarios y comprender los detalles de partición y sistema de archivos:
file <bin>
strings -n8 <bin>
strings -tx <bin> #prints offsets in hexadecimal
hexdump -C -n 512 <bin> > hexdump.out
hexdump -C <bin> | head #useful for finding signatures in the header
fdisk -lu <bin> #lists partitions and filesystems, if there are multiple
Para evaluar el estado de cifrado de la imagen, se verifica la entropía con binwalk -E <bin>. Una baja entropía sugiere una falta de cifrado, mientras que una alta entropía indica posible cifrado o compresión.
Para extraer archivos incrustados, se recomiendan herramientas y recursos como la documentación de file-data-carving-recovery-tools y binvis.io para la inspección de archivos.
Extrayendo el Sistema de Archivos
Usando binwalk -ev <bin>, generalmente se puede extraer el sistema de archivos, a menudo en un directorio nombrado según el tipo de sistema de archivos (por ejemplo, squashfs, ubifs). Sin embargo, cuando binwalk no puede reconocer el tipo de sistema de archivos debido a bytes mágicos faltantes, es necesaria la extracción manual. Esto implica usar binwalk para localizar el desplazamiento del sistema de archivos, seguido del comando dd para extraer el sistema de archivos:
$ binwalk DIR850L_REVB.bin
$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=1704084 of=dir.squashfs
Después, dependiendo del tipo de sistema de archivos (por ejemplo, squashfs, cpio, jffs2, ubifs), se utilizan diferentes comandos para extraer manualmente el contenido.
Análisis del Sistema de Archivos
Con el sistema de archivos extraído, comienza la búsqueda de fallos de seguridad. Se presta atención a demonios de red inseguros, credenciales codificadas, puntos finales de API, funcionalidades del servidor de actualizaciones, código no compilado, scripts de inicio y binarios compilados para análisis fuera de línea.
Ubicaciones clave y elementos a inspeccionar incluyen:
- etc/shadow y etc/passwd para credenciales de usuario
- Certificados y claves SSL en etc/ssl
- Archivos de configuración y scripts en busca de vulnerabilidades potenciales
- Binarios incrustados para un análisis más profundo
- Servidores web y binarios comunes de dispositivos IoT
Varias herramientas ayudan a descubrir información sensible y vulnerabilidades dentro del sistema de archivos:
- LinPEAS y Firmwalker para la búsqueda de información sensible
- The Firmware Analysis and Comparison Tool (FACT) para un análisis completo de firmware
- FwAnalyzer, ByteSweep, ByteSweep-go y EMBA para análisis estático y dinámico
Comprobaciones de Seguridad en Binarios Compilados
Tanto el código fuente como los binarios compilados encontrados en el sistema de archivos deben ser examinados en busca de vulnerabilidades. Herramientas como checksec.sh para binarios de Unix y PESecurity para binarios de Windows ayudan a identificar binarios no protegidos que podrían ser explotados.
Emulando Firmware para Análisis Dinámico
El proceso de emular firmware permite un análisis dinámico ya sea del funcionamiento de un dispositivo o de un programa individual. Este enfoque puede encontrar desafíos con dependencias de hardware o arquitectura, pero transferir el sistema de archivos raíz o binarios específicos a un dispositivo con arquitectura y endianness coincidentes, como una Raspberry Pi, o a una máquina virtual preconstruida, puede facilitar pruebas adicionales.
Emulando Binarios Individuales
Para examinar programas individuales, identificar el endianness y la arquitectura de la CPU del programa es crucial.
Ejemplo con Arquitectura MIPS
Para emular un binario de arquitectura MIPS, se puede usar el comando:
file ./squashfs-root/bin/busybox
Y para instalar las herramientas de emulación necesarias:
sudo apt-get install qemu qemu-user qemu-user-static qemu-system-arm qemu-system-mips qemu-system-x86 qemu-utils
Para MIPS (big-endian), se utiliza qemu-mips, y para binarios little-endian, qemu-mipsel sería la elección.
Emulación de Arquitectura ARM
Para binarios ARM, el proceso es similar, utilizando el emulador qemu-arm para la emulación.
Emulación de Sistema Completo
Herramientas como Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit y otras, facilitan la emulación completa de firmware, automatizando el proceso y ayudando en el análisis dinámico.
Análisis Dinámico en Práctica
En esta etapa, se utiliza un entorno de dispositivo real o emulado para el análisis. Es esencial mantener acceso a la shell del sistema operativo y al sistema de archivos. La emulación puede no imitar perfectamente las interacciones de hardware, lo que requiere reinicios ocasionales de la emulación. El análisis debe revisar el sistema de archivos, explotar páginas web y servicios de red expuestos, y explorar vulnerabilidades del bootloader. Las pruebas de integridad del firmware son críticas para identificar posibles vulnerabilidades de puerta trasera.
Técnicas de Análisis en Tiempo de Ejecución
El análisis en tiempo de ejecución implica interactuar con un proceso o binario en su entorno operativo, utilizando herramientas como gdb-multiarch, Frida y Ghidra para establecer puntos de interrupción e identificar vulnerabilidades a través de fuzzing y otras técnicas.
Explotación Binaria y Prueba de Concepto
Desarrollar un PoC para vulnerabilidades identificadas requiere un profundo entendimiento de la arquitectura objetivo y programación en lenguajes de bajo nivel. Las protecciones de tiempo de ejecución en sistemas embebidos son raras, pero cuando están presentes, técnicas como Return Oriented Programming (ROP) pueden ser necesarias.
Sistemas Operativos Preparados para Análisis de Firmware
Sistemas operativos como AttifyOS y EmbedOS proporcionan entornos preconfigurados para pruebas de seguridad de firmware, equipados con las herramientas necesarias.
Sistemas Operativos Preparados para Analizar Firmware
- AttifyOS: AttifyOS es una distribución destinada a ayudarte a realizar evaluaciones de seguridad y pruebas de penetración de dispositivos de Internet de las Cosas (IoT). Te ahorra mucho tiempo al proporcionar un entorno preconfigurado con todas las herramientas necesarias cargadas.
- EmbedOS: Sistema operativo de pruebas de seguridad embebido basado en Ubuntu 18.04 precargado con herramientas de pruebas de seguridad de firmware.
Firmware Vulnerable para Practicar
Para practicar el descubrimiento de vulnerabilidades en firmware, utiliza los siguientes proyectos de firmware vulnerables como punto de partida.
- OWASP IoTGoat
- https://github.com/OWASP/IoTGoat
- The Damn Vulnerable Router Firmware Project
- https://github.com/praetorian-code/DVRF
- Damn Vulnerable ARM Router (DVAR)
- https://blog.exploitlab.net/2018/01/dvar-damn-vulnerable-arm-router.html
- ARM-X
- https://github.com/therealsaumil/armx#downloads
- Azeria Labs VM 2.0
- https://azeria-labs.com/lab-vm-2-0/
- Damn Vulnerable IoT Device (DVID)
- https://github.com/Vulcainreo/DVID
Referencias
- https://scriptingxss.gitbook.io/firmware-security-testing-methodology/
- Practical IoT Hacking: The Definitive Guide to Attacking the Internet of Things
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