[논문 리뷰] Methodically Defeating Nintendo Switch Security

Gauvain Tanguy Henri Gabriel Isidore Roussel-Tarbouriech, Noel Menard외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 05. 18.

Advanced Malware Detection Techniques참고 문헌 2인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 문서가 없이도 니ntendo Switch의 보안을 체계적으로 역공학하는 방법을 서술하며, 사용자 영역 및 운영체제 서비스의 소프트웨어 기반 분석과 로마닉 기반 부트로더 코드의 하드웨어 기반 공격을 융합한다. 연구자들은 고보안 모드에서 보안 코프로세서 내에서 ROP 코드 실행을 달성하여 강력한 암호화 보호를 갖춘 새로운 임베디드 신뢰 시스템에 대한 완전한 공격 체인을 입증하였다.

ABSTRACT

We explain, step by step, how we strategically circumvented the Nintendo Switch's system security, from basic userland code execution, to undermining and exposing the secrets of the security co-processor. To this end, we've identified and utilized two distinct analysis procedures. The software-based analysis suffices for reverse-engineering the userland and operating system services, and is necessary for a general architectural understanding of the software systems in the Nintendo Switch. While this method is extremely powerful and provides significant leverage over the control of the system and its software security, a hardware-based method was devised, which employs analysis of the trusted bootstrap code in ROM. This strategy was essential for the goal of defeating the hardware root of trust. Together, these two vectors provide essential insight required to instance a chain of attacks, in order to gain ROP code execution from the context of a high-security mode of a secure co-processor of a running system, thus allowing us to demonstrate a multi-faceted approach on attacking secure, embedded devices in an unfamiliar and novel environment.

연구 동기 및 목표

• 문서가 없는 상황에서 니ntendo Switch의 보안 아키텍처, 특히 신뢰할 수 있는 부트 체인과 보안 코프로세서를 역공학하는 것.
• 웹킷 기반 브라우저 컴포넌트에서 발생하는 사용 후 할당 및 범위를 초월한 읽기와 같은 소프트웨어 취약점을 식별하고 악용하는 것.
• 과도기 공격 및 ROM 분석을 포함한 하드웨어 기반 기법을 개발하고 적용하여 하드웨어 루트 오브 트러스트를 무너뜨리는 것.
• 사용자 영역 코드 실행에서 시작하여 보안 모니터 및 트러스트존 환경 내에서 권한 상승에 이르는 완전한 공격 체인을 시연하는 것.
• 보안 아키텍처 및 구현 결함를 규명하여 임베디드 장치의 보안 향상에 실질적인 통찰을 제공하는 것.

제안 방법

• Switch의 웹킷 기반 브라우저 애플릿에서 동적 분석, 패킷 퍼징, 프로토콜 역공학을 활용한 사용자 영역 및 운영체제 서비스의 소프트웨어 기반 역공학을 수행하였다.
• 업데이트 2.0.0에서의 Wi-Fi 캡티브 포털 우회 취약점을 악용하여 제어 가능한 웹 콘텐츠 실행 및 브라우저 엔진에의 액세스를 가능하게 하였다.
• 웹킷의 메모리 손상 분석을 통해 사용 후 할당 및 범위 초월 읽기와 같은 취약점을 식별하고 이를 활용하였다.
• ROM 부트로더 코드의 하드웨어 기반 분석을 통해 하드웨어 기반의 신뢰 루트를 공격할 수 있도록 하였다.
• 소프트웨어 및 하드웨어 기법을 융합하여 보안 모니터의 고보안 모드 내에서 ROP 실행을 달성하였다.
• 에뮬레이터 기반 테스트 및 디버깅을 통해 물리적 장치 외부에서 취약점을 재현하고 검증하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 소프트웨어 및 하드웨어 공격을 융합하여 하드웨어 기반의 루트 오브 트러스트를 갖춘 보안 임베디드 시스템은 어떻게 해킹될 수 있는가?
• RQ2 웹킷 엔진과 브라우저 애플릿의 어떤 취약점이 제한된 실행 환경에서 원격 코드 실행을 가능하게 하는가?
• RQ3 과도기 공격 및 ROM 분석을 통해 현대 콘솔의 신뢰할 수 있는 부트 체인을 얼마나 효과적으로 무너뜨릴 수 있는가?
• RQ4 다양한 취약점들을 어떻게 조율하여 사용자 영역에서 보안 모니터 및 보안 코프로세서로의 권한 상승을 이룰 수 있는가?
• RQ5 Switch 보안 모델의 아키텍처적 및 구현 결함는 무엇이며, 이를 어떻게 보완할 수 있는가?

주요 결과

• 연구자들은 보안 코프로세서의 고보안 모드 내에서 ROP 코드 실행을 성공적으로 달성하여 신뢰할 수 있는 실행 환경의 완전한 해킹을 입증하였다.
• Wi-Fi 캡티브 포털 처리에서의 취약점으로 인해 네트워크 제한을 우회하고 내장된 웹킷 브라우저 엔진에 제어 가능한 액세스를 확보할 수 있었다.
• 초기 코드 실행을 달성하기 위해 웹킷 엔진에서 사용 후 할당 및 범위 초월 읽기와 같은 여러 메모리 손상 취약점이 식별되고 악용되었다.
• ROM 부트로더 코드의 하드웨어 기반 분석을 통해 하드웨어 기반의 루트 오브 트러스트를 무너뜨릴 수 있었으며, 이는 시스템 보안 모델의 핵심 요소였다.
• 공격 체인은 소프트웨어 공격과 과도기 기반 하드웨어 공격을 융합하여, ASLR, NX 및 트러스트존이 적용된 시스템이라도 다수의 결함이 연결될 경우 해킹이 가능함을 입증하였다.
• 연구는 부적절한 코드 감사, 고위험 서비스의 고립 부족, 과도기 방지 보호 기능의 부재 등이 시스템 보안 수준을 심각하게 약화시켰음을 드러냈다.