Contents
xv
9.2.1 Side Channel Attack Categories . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
9.2.2 Leakage Assessment Using t-Test . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
9.2.3 Practical Considerations in SCA Trace Collection .. . . . . . . 153
9.3 Side Channel Attack Trace Collection Platforms .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
9.3.1 Proposing a Fast Trace Collection Approach
Beyond the Traditional Model . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.4 A Use Case of a Flexible and Fast Platform for DUT SCA
Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
9.5 Conclusions .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10 Challenges in Certifying Small-Scale (IoT) Hardware Random
Number Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Darren Hurley-Smith and Julio Hernandez-Castro
10.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.2 Certification, Standards, and Testing . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
10.3 Challenges in Data Collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.4 Appropriate Selection of Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10.4.1 Randomness Testing Under Data Collection
Constraints: Analyzing the DESFire EV1 .. . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.4.2 Identifying Issues with Quantum Random Number
Generators.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10.5 Conclusion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
11 Finding Software Bugs in Embedded Devices .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Aurélien Francillon, Sam L. Thomas, and Andrei Costin
11.1 The Challenges of Embedded Devices and Software.. . . . . . . . . . . . . . 183
11.1.1 Lack of Transparency . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.2 Lack of Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.3 Lack of Resistance to Attacks. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.4 Organization of This Chapter . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.1.5 Classification of Embedded Systems . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.2 Obtaining Firmware and Its Components . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.2.1 Collecting Firmware Packages .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.2.2 Extracting Firmware from Devices . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.2.3 Unpacking Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.2.4 Firmware Unpacking Frameworks .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.2.5 Modifying and Repacking Firmware . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
11.3 Static Firmware Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
11.3.1 Simple Static Analysis on Firmware Packages.. . . . . . . . . . . 190
11.3.2 Static Code Analysis of Firmware Packages . . . . . . . . . . . . . . 192
11.4 Dynamic Firmware Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
11.4.1 Device-Interactive Dynamic Analysis Without
Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
11.4.2 Device-Interactive Dynamic Analysis with Emulation . . . 195
11.4.3 Device-Less Dynamic Analysis and Emulation .. . . . . . . . . . 196
11.5 Conclusion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
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9.2.1 Side Channel Attack Categories . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
9.2.2 Leakage Assessment Using t-Test . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
9.2.3 Practical Considerations in SCA Trace Collection .. . . . . . . 153
9.3 Side Channel Attack Trace Collection Platforms .. . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
9.3.1 Proposing a Fast Trace Collection Approach
Beyond the Traditional Model . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
9.4 A Use Case of a Flexible and Fast Platform for DUT SCA
Evaluation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
9.5 Conclusions .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
10 Challenges in Certifying Small-Scale (IoT) Hardware Random
Number Generators . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
Darren Hurley-Smith and Julio Hernandez-Castro
10.1 Introduction .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
10.2 Certification, Standards, and Testing . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
10.3 Challenges in Data Collection . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
10.4 Appropriate Selection of Tests . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
10.4.1 Randomness Testing Under Data Collection
Constraints: Analyzing the DESFire EV1 .. . . . . . . . . . . . . . . . 173
10.4.2 Identifying Issues with Quantum Random Number
Generators.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
10.5 Conclusion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
11 Finding Software Bugs in Embedded Devices .. . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
Aurélien Francillon, Sam L. Thomas, and Andrei Costin
11.1 The Challenges of Embedded Devices and Software.. . . . . . . . . . . . . . 183
11.1.1 Lack of Transparency . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.2 Lack of Control . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.3 Lack of Resistance to Attacks. . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
11.1.4 Organization of This Chapter . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.1.5 Classification of Embedded Systems . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
11.2 Obtaining Firmware and Its Components . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.2.1 Collecting Firmware Packages .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
11.2.2 Extracting Firmware from Devices . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
11.2.3 Unpacking Firmware . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.2.4 Firmware Unpacking Frameworks .. . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
11.2.5 Modifying and Repacking Firmware . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
11.3 Static Firmware Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
11.3.1 Simple Static Analysis on Firmware Packages.. . . . . . . . . . . 190
11.3.2 Static Code Analysis of Firmware Packages . . . . . . . . . . . . . . 192
11.4 Dynamic Firmware Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
11.4.1 Device-Interactive Dynamic Analysis Without
Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
11.4.2 Device-Interactive Dynamic Analysis with Emulation . . . 195
11.4.3 Device-Less Dynamic Analysis and Emulation .. . . . . . . . . . 196
11.5 Conclusion .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197