StarBleed安全漏洞解析

霍斯特·戈尔茨（HorstGörtz）IT安全研究所和马克斯·普朗克安全与隐私研究所的科学家们发现了Xilinx 7系列FPGA中的一个关键安全漏洞。该漏洞被研究人员称为“ StarBleed”，会影响到赛灵思(Xilinx)的Virtex，Artix，Spartan和Kintex 系列FPGA。

不幸的是，这个bug是在设备的硬件上，而不是软件上。因此，只能通过更换芯片来消除安全隐患。对FPGA的本质做一个非常基本的解释，可以帮助我们剖析StarBleed的问题。

FPGA的本质

FPGA全称可编程门阵列，被描述为 "计算机制造商的'乐高积木'：与其他计算机芯片相比，可灵活运用的电子元件"。FPGA可以按照需求灵活改变芯片功能，修复设计BUG等。

可编程性是FPGA的主要优点但这同时也是它的缺点。设计师经常会在线远程重新编程FPGA。FPGA的设计者们永远都意识到不良行为者劫持设备的固有危险。他们投入了大量的时间、精力和金钱来避免这种安全威胁，但并不总是成功的。

StarBleed安全漏洞解析

FPGA包含一个称为位流的板载文件，比特流用于对FPGA进行编程，因此设计人员可以使用多种加密方法来保护该文件。霍斯特·戈茨IT安全研究所和马克斯·普朗克安全与隐私研究所的研究团队成功突破了FPGA比特流的这些加密障碍。

比特流结构概述。图片由HorstGörtzIT安全研究所提供

如果黑客能够重新获得这些研究人员的努力，他们将完全控制FPGA和以FPGA为核心的终端设备。此外，他们可以将硬件Trojan插入FPGA并窃取其中拥有的任何知识产权。

赛灵思也认识到加密比特流在安全性中的重要地位。在应用笔记中，Xilinx提供了逐步指南，以使用Xilinx的Vivado设计套件将加密的比特流生成并编程到Xilinx 7系列FPGA中。

破解比特流加密

Xilinx的7系列FPGA数据表中描述，“除了XC7S6和XC7S15外，所有7系列FPGA都可以使用256位AES加密和HMAC/SHA-256认证来保护包含敏感客户IP的FPGA位流，以防止未经授权的设计复制。”

但是，当FPGA的更新和备份功能显示了一个网关时，研究人员可以通过该网关在线配置时更改加密的比特流，从而使研究人员能够突破这些安全措施。在这个配置过程中，研究人员将解密的信息重新路由到一个“WBSTAR配置寄存器”。一旦研究人员点击重置，他们就可以读出内容。

攻击比特流的描述。图片由HorstGörtzIT安全研究所提供

可以在他们发表的研究论文d "The Unpatchable Silicon: A Full Break of the Bitstream Encryption of Xilinx 7-Series FPGAs."中阅读该研究团队“白帽黑客”方法的全部详细信息。

审核编辑 ：李倩