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펌웨어 분석

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소개

펌웨어는 하드웨어 구성 요소와 사용자가 상호작용하는 소프트웨어 간의 통신을 관리하고 촉진하여 장치가 올바르게 작동하도록 하는 필수 소프트웨어입니다. 이는 영구 메모리에 저장되어 장치가 전원이 켜지는 순간부터 중요한 지침에 접근할 수 있도록 하여 운영 체제가 시작됩니다. 펌웨어를 조사하고 잠재적으로 수정하는 것은 보안 취약점을 식별하는 데 중요한 단계입니다.

정보 수집

정보 수집은 장치의 구성과 사용하는 기술을 이해하는 데 중요한 초기 단계입니다. 이 과정은 다음에 대한 데이터를 수집하는 것을 포함합니다:

  • CPU 아키텍처 및 운영 체제
  • 부트로더 세부사항
  • 하드웨어 레이아웃 및 데이터시트
  • 코드베이스 메트릭 및 소스 위치
  • 외부 라이브러리 및 라이센스 유형
  • 업데이트 이력 및 규제 인증
  • 아키텍처 및 흐름도
  • 보안 평가 및 식별된 취약점

이 목적을 위해 오픈 소스 인텔리전스 (OSINT) 도구는 매우 유용하며, 수동 및 자동 검토 프로세스를 통해 사용 가능한 오픈 소스 소프트웨어 구성 요소를 분석하는 것도 중요합니다. Coverity Scan 및 Semmle의 LGTM과 같은 도구는 잠재적인 문제를 찾기 위해 활용할 수 있는 무료 정적 분석을 제공합니다.

펌웨어 획득

펌웨어를 획득하는 방법은 여러 가지가 있으며, 각 방법마다 복잡성이 다릅니다:

  • 소스(개발자, 제조업체)에서 직접
  • 제공된 지침에 따라 구축
  • 공식 지원 사이트에서 다운로드
  • 호스팅된 펌웨어 파일을 찾기 위한 Google dork 쿼리 활용
  • S3Scanner와 같은 도구를 사용하여 클라우드 스토리지에 직접 접근
  • 중간자 공격 기법을 통해 업데이트 가로채기
  • UART, JTAG 또는 PICit와 같은 연결을 통해 장치에서 추출
  • 장치 통신 내에서 업데이트 요청을 스니핑
  • 하드코딩된 업데이트 엔드포인트 식별 및 사용
  • 부트로더 또는 네트워크에서 덤프
  • 모든 방법이 실패할 경우 적절한 하드웨어 도구를 사용하여 저장 칩을 제거하고 읽기

펌웨어 분석

이제 펌웨어를 확보했으므로, 이를 처리하는 방법을 알기 위해 정보를 추출해야 합니다. 이를 위해 사용할 수 있는 다양한 도구가 있습니다:

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

만약 이러한 도구로 많은 것을 찾지 못한다면, binwalk -E <bin>으로 이미지의 엔트로피를 확인하세요. 엔트로피가 낮으면 암호화되지 않았을 가능성이 높습니다. 엔트로피가 높으면 암호화되었거나(어떤 방식으로든) 압축되었을 가능성이 높습니다.

또한, 이러한 도구를 사용하여 펌웨어에 내장된 파일을 추출할 수 있습니다:

{% 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 %}

또는 binvis.io (code)를 사용하여 파일을 검사할 수 있습니다.

파일 시스템 가져오기

이전의 주석이 달린 도구인 binwalk -ev <bin>을 사용하면 파일 시스템을 추출할 수 있어야 합니다.
Binwalk는 일반적으로 파일 시스템 유형으로 이름이 지정된 폴더 안에 추출합니다. 이 폴더는 보통 다음 중 하나입니다: squashfs, ubifs, romfs, rootfs, jffs2, yaffs2, cramfs, initramfs.

수동 파일 시스템 추출

때때로, binwalk는 파일 시스템의 매직 바이트를 시그니처에 포함하지 않을 수 있습니다. 이러한 경우, binwalk를 사용하여 파일 시스템의 오프셋을 찾고 이진 파일에서 압축된 파일 시스템을 조각내며 아래의 단계를 사용하여 파일 시스템을 수동으로 추출하세요.

$ 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

다음 dd 명령어를 실행하여 Squashfs 파일 시스템을 조각내십시오.

$ 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

대안으로, 다음 명령어를 실행할 수도 있습니다.

$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=$((0x1A0094)) of=dir.squashfs

  • squashfs (위의 예에서 사용됨)

$ unsquashfs dir.squashfs

파일은 이후에 "squashfs-root" 디렉토리에 있을 것입니다.

  • CPIO 아카이브 파일

$ cpio -ivd --no-absolute-filenames -F <bin>

  • jffs2 파일 시스템의 경우

$ jefferson rootfsfile.jffs2

  • NAND 플래시가 있는 ubifs 파일 시스템의 경우

$ ubireader_extract_images -u UBI -s <start_offset> <bin>

$ ubidump.py <bin>

펌웨어 분석

펌웨어를 얻은 후, 그 구조와 잠재적 취약점을 이해하기 위해 분석하는 것이 필수적입니다. 이 과정은 펌웨어 이미지에서 귀중한 데이터를 분석하고 추출하기 위해 다양한 도구를 활용하는 것을 포함합니다.

초기 분석 도구

이진 파일( <bin>으로 언급됨)의 초기 검사를 위한 명령어 세트가 제공됩니다. 이 명령어는 파일 유형을 식별하고, 문자열을 추출하며, 이진 데이터를 분석하고, 파티션 및 파일 시스템 세부 정보를 이해하는 데 도움이 됩니다:

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

이미지의 암호화 상태를 평가하기 위해 entropy는 binwalk -E <bin>으로 확인됩니다. 낮은 엔트로피는 암호화가 없음을 나타내고, 높은 엔트로피는 가능한 암호화 또는 압축을 나타냅니다.

임베디드 파일을 추출하기 위해서는 file-data-carving-recovery-tools 문서와 파일 검사를 위한 binvis.io와 같은 도구와 리소스가 추천됩니다.

파일 시스템 추출

binwalk -ev <bin>을 사용하면 일반적으로 파일 시스템을 추출할 수 있으며, 종종 파일 시스템 유형(예: squashfs, ubifs)의 이름을 딴 디렉토리에 저장됩니다. 그러나 binwalk가 매직 바이트가 누락되어 파일 시스템 유형을 인식하지 못할 경우 수동 추출이 필요합니다. 이는 binwalk를 사용하여 파일 시스템의 오프셋을 찾고, 그 다음 dd 명령을 사용하여 파일 시스템을 조각내는 과정을 포함합니다:

$ binwalk DIR850L_REVB.bin

$ dd if=DIR850L_REVB.bin bs=1 skip=1704084 of=dir.squashfs

이후, 파일 시스템 유형(예: squashfs, cpio, jffs2, ubifs)에 따라 내용을 수동으로 추출하는 데 사용되는 다양한 명령이 있습니다.

파일 시스템 분석

파일 시스템이 추출되면 보안 결함을 찾기 시작합니다. 불안전한 네트워크 데몬, 하드코딩된 자격 증명, API 엔드포인트, 업데이트 서버 기능, 컴파일되지 않은 코드, 시작 스크립트 및 오프라인 분석을 위한 컴파일된 바이너리에 주의를 기울입니다.

검사할 주요 위치 및 항목은 다음과 같습니다:

  • 사용자 자격 증명을 위한 etc/shadow 및 etc/passwd
  • etc/ssl의 SSL 인증서 및 키
  • 잠재적 취약점을 위한 구성 및 스크립트 파일
  • 추가 분석을 위한 임베디드 바이너리
  • 일반 IoT 장치 웹 서버 및 바이너리

여러 도구가 파일 시스템 내에서 민감한 정보와 취약점을 발견하는 데 도움을 줍니다:

컴파일된 바이너리에 대한 보안 검사

파일 시스템에서 발견된 소스 코드와 컴파일된 바이너리는 취약점에 대해 면밀히 조사해야 합니다. Unix 바이너리를 위한 checksec.sh와 Windows 바이너리를 위한 PESecurity와 같은 도구는 악용될 수 있는 보호되지 않은 바이너리를 식별하는 데 도움을 줍니다.

동적 분석을 위한 펌웨어 에뮬레이션

펌웨어를 에뮬레이션하는 과정은 장치의 작동 또는 개별 프로그램에 대한 동적 분석을 가능하게 합니다. 이 접근 방식은 하드웨어 또는 아키텍처 의존성으로 인해 어려움이 발생할 수 있지만, 루트 파일 시스템이나 특정 바이너리를 Raspberry Pi와 같은 일치하는 아키텍처 및 엔디안성을 가진 장치로 전송하거나 미리 구축된 가상 머신으로 전송하면 추가 테스트를 용이하게 할 수 있습니다.

개별 바이너리 에뮬레이션

단일 프로그램을 검사하기 위해 프로그램의 엔디안성과 CPU 아키텍처를 식별하는 것이 중요합니다.

MIPS 아키텍처 예시

MIPS 아키텍처 바이너리를 에뮬레이션하려면 다음 명령을 사용할 수 있습니다:

file ./squashfs-root/bin/busybox

필요한 에뮬레이션 도구를 설치하려면:

sudo apt-get install qemu qemu-user qemu-user-static qemu-system-arm qemu-system-mips qemu-system-x86 qemu-utils

For MIPS (big-endian), qemu-mips가 사용되며, little-endian 바이너리의 경우 qemu-mipsel이 선택됩니다.

ARM 아키텍처 에뮬레이션

ARM 바이너리의 경우, 프로세스는 유사하며, qemu-arm 에뮬레이터가 에뮬레이션에 사용됩니다.

전체 시스템 에뮬레이션

Firmadyne, Firmware Analysis Toolkit와 같은 도구는 전체 펌웨어 에뮬레이션을 용이하게 하여 프로세스를 자동화하고 동적 분석을 지원합니다.

실제 동적 분석

이 단계에서는 실제 또는 에뮬레이션된 장치 환경이 분석에 사용됩니다. OS 및 파일 시스템에 대한 셸 접근을 유지하는 것이 중요합니다. 에뮬레이션이 하드웨어 상호작용을 완벽하게 모방하지 못할 수 있으므로 가끔 에뮬레이션을 재시작해야 할 필요가 있습니다. 분석은 파일 시스템을 재검토하고, 노출된 웹페이지 및 네트워크 서비스를 이용하며, 부트로더 취약점을 탐색해야 합니다. 펌웨어 무결성 테스트는 잠재적인 백도어 취약점을 식별하는 데 중요합니다.

런타임 분석 기법

런타임 분석은 gdb-multiarch, Frida 및 Ghidra와 같은 도구를 사용하여 운영 환경에서 프로세스 또는 바이너리와 상호작용하며, 중단점을 설정하고 퍼징 및 기타 기법을 통해 취약점을 식별하는 것을 포함합니다.

바이너리 익스플로잇 및 개념 증명

식별된 취약점에 대한 PoC를 개발하려면 대상 아키텍처에 대한 깊은 이해와 저수준 언어로 프로그래밍하는 능력이 필요합니다. 임베디드 시스템에서 바이너리 런타임 보호는 드물지만, 존재할 경우 Return Oriented Programming (ROP)과 같은 기법이 필요할 수 있습니다.

펌웨어 분석을 위한 준비된 운영 체제

AttifyOS 및 EmbedOS와 같은 운영 체제는 펌웨어 보안 테스트를 위한 사전 구성된 환경을 제공하며, 필요한 도구가 장착되어 있습니다.

펌웨어 분석을 위한 준비된 OS

  • AttifyOS: AttifyOS는 사물인터넷(IoT) 장치의 보안 평가 및 침투 테스트를 수행하는 데 도움을 주기 위해 설계된 배포판입니다. 필요한 모든 도구가 로드된 사전 구성된 환경을 제공하여 많은 시간을 절약할 수 있습니다.
  • EmbedOS: 펌웨어 보안 테스트 도구가 사전 로드된 Ubuntu 18.04 기반의 임베디드 보안 테스트 운영 체제입니다.

연습을 위한 취약한 펌웨어

펌웨어에서 취약점을 발견하는 연습을 위해 다음의 취약한 펌웨어 프로젝트를 시작점으로 사용하십시오.

참고 문헌

교육 및 인증

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Learn & practice GCP Hacking: HackTricks Training GCP Red Team Expert (GRTE)

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