סקר של דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבבים וגילוין

---
title: סקר של דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבב: הבנה, גילוי והפחתה
keywords: דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבב, גילוי דלתות אחוריות בחומרה, טרויאני בחומרה, אבטחת מוליכים למחצה, אבטחת חומרה, אבטחת סייבר, התקפות דלתות אחוריות
description: פוסט טכני זה מספק סקר מקיף של דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבב, בוחן את ההגדרות שלהן, דוגמאות מהעולם האמיתי, ערוצי התקפה, טכניקות גילוי ודיון מתקדם על הפחתה, כולל דוגמאות קוד לסריקה וניתוח.
---

# סקר של דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבב: מיסודות לגילוי מתקדם

*עודכן לאחרונה: 2024-06-15*

---

## תוכן עניינים

- [הקדמה](#הקדמה)
- [מהי דלת אחורית בחומרה?](#מהי-דלת-אחורית-בחומרה)
    - [מאפיינים מרכזיים של דלתות אחוריות בחומרה](#מאפיינים-מרכזיים-של-דלתות-אחוריות-בחומרה)
- [כיצד דלתות אחוריות מבוססות שבב פועלות](#כיצד-דלתות-אחוריות-מבוססות-שבב-פועלות)
    - [ערוצי התקפה: עיצוב, ייצור ושרשרת אספקה](#ערוצי-התקפה-עיצוב-ייצור-ושרשרת-אספקה)
    - [סוגי דלתות אחוריות בחומרה](#סוגי-דלתות-אחוריות-בחומרה)
- [דוגמאות בולטות מהעולם האמיתי](#דוגמאות-בולטות-מהעולם-האמיתי)
    - [מקרה לדוגמה: דלת אחורית נטענת על לוח אם](#מקרה-לדוגמה-דלת-אחורית-נטענת-על-לוח-אם)
    - [הדגמות טרויאניות בחומרה אקדמיות](#הדגמות-טרויאניות-בחומרה-אקדמיות)
- [כיצד דלתות אחוריות בחומרה משומשות בהתקפות סייבר](#כיצד-דלתות-אחוריות-בחומרה-משומשות-בהתקפות-סייבר)
    - [השפעה ברמת הרשת](#השפעה-ברמת-הרשת)
    - [השלכות ברמת המכשיר](#השלכות-ברמת-המכשיר)
- [גילוי דלתות אחוריות בחומרה: האם אפשר לזהות 100%?](#גילוי-דלתות-אחוריות-בחומרה-האם-אפשר-לזהות-100)
    - [טכניקות בדיקה פיזית](#טכניקות-בדיקה-פיזית)
    - [ניתוח התנהגות תפקודית](#ניתוח-התנהגות-תפקודית)
    - [אנליזת ערוץ צדדי](#אנליזת-ערוץ-צדדי)
    - [דוגמאות קוד: סריקת חומרה וניתוח נתונים](#דוגמאות-קוד-סריקת-חומרה-וניתוח-נתונים)
- [אסטרטגיות להפחתת דלתות אחוריות בחומרה](#אסטרטגיות-להפחתת-דלתות-אחוריות-בחומרה)
    - [ניהול אמון ושרשרת אספקה](#ניהול-אמון-ושרשרת-אספקה)
    - [הפחתות טכניות](#הפחתות-טכניות)
- [סיכום](#סיכום)
- [הפניות](#הפניות)

---

## הקדמה

האינטגרציה הגוברת של מכשירי מחשוב בכל היבט של החברה המודרנית—מאלקטרוניקה אישית ועד תשתיות קריטיות—הפכה את אבטחת המוליכים למחצה לעדיפות עליונה. בעוד הרבה תשומת לב ניתנת לפגיעויות ותור סופרויריות, איום חבוי יותר מתרחש מתחת לפני השטח: **דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבב**.

דלת אחורית בחומרה, במיוחד ברמת השבב או ה-IC (מעגל משולב), מספקת **נקודת כניסה כוונית ונסתרת** לפושעים ברשת. דלתות אחוריות כאלה משובצות עמוק במבנה הפיזי של שבבי סיליקון, לעיתים קרובות מה שהן מאוד קשה לזיהוי או הפחתה.

בסקירה המקיפה הזו, אנו מבקשים:

- להסביר מה הן דלתות אחוריות בחומרה, כיצד הן נוצרות, ולמה הן מסוכנות.
- לספק דוגמות מהעולם האמיתי ומהאקדמיה של דלתות אחוריות בחומרה.
- לדון כיצד הדלתות האחוריות הללו מנוצלות בתחום הסייבר.
- להציע דרכי ניתוח ממתחילים למתקדמים, כולל **אסטרטגיות לגילוי**, דיון על הפוטנציאל לזיהוי של 100%, ודוגמאות קוד מעשיות לסריקה וניתוח.
- להציע אסטרטגיות להפחתה.

בין אם את/ה מתחיל/ה באבטחת סייבר, מהנדס/ת חומרה, או קורא מעוניין, מדריך זה יעזור לך להבין את הנוף הטכני של אבטחת שבבי חומרה.

---

## מהי דלת אחורית בחומרה?

**הגדרה:**  
דלת אחורית בחומרה היא *שינוי מכוון או בלתי מכוון* ברמת החומרה (לעיתים במכשיר מוליך למחצה או IC) המספקת **גישה נסתרת, עקיפה, או מסלולי שליטה** מחוץ לתפקודיות המתועדת או המיועדת, ומאפשרת לפושעים לעקוף את גבולות האמון הנורמליות של המכשיר.

> "דלת אחורית בחומרה היא לא רק תכונת גישה, היא עקיפה מכוונת, עקיפה, או מסלול שליטה נסתר מוטבע מתחת לגבול האמון הרגיל."  
> — מקור: [nhimg.org/glossary/hardware-backdoor](https://nhimg.org/glossary/hardware-backdoor/)

### מאפיינים מרכזיים של דלתות אחוריות בחומרה

- **רמת הפעלה:** פועלת מתחת לתוכנה, לפירמוויר, ובפוטנציה מתחת לשורש האמון של המערכת.
- **התממשקות:** מתוכננת לחמוק מזיהוי באמצעות דרכי הפעלה, תחזוקה, או אבחון רגילות.
- **קביעות:** לעיתים נבנית ישירות לסיליקון, מה שהופך אותה לפיזית קבועה.
- **מנגנון הדק:** יכולה להיות מופעלת על ידי רצף קלט מסוים, תנאי פעולה, או מרחוק.
- **כוונה:** יכולה להיות מוכנסת בכוונה (מרושעת/מתחזות) או בטעות (בגלל טעות או אינטראקציות בלתי צפויות).

**דוגמאות כוללות:**  
- מצבי בדיקה או תחזוקה בלתי מתועדים במעבדים.
- לוגיקה זדונית שהוחדרה במהלך תכנון או ייצור שבב.
- מערכות הוראות מוסתרות.
- טרויאנים חומרתיים (לדוגמה, שינוי תפקוד מעגלים בתנאים מסוימים).

---

## כיצד דלתות אחוריות מבוססות שבב פועלות

### ערוצי התקפה: עיצוב, ייצור ושרשרת אספקה

דלתות אחוריות בחומרה יכולות להיות מוכנסות בנקודות רבות במחזור החיים של שבב:

1. **שלב העיצוב:**  
   - *מניפולציה במפרט:* שינויים זדוניים בקוד HDL (שפת תיאור חומרה), לדוגמה, קבצי VHDL/Verilog.
   - *ליבות IP צד שלישי:* בלוקים קנייניים לא מהימנים שנעשה בהם שימוש חוזר ללא סקירה מלאה של המקור.

2. **שלב הייצור או הייצור:**  
   - *שינוי ברמת המפעל:* שחקנים רעים במפעלים חוזיים יכולים לשנות בעדינות את הפוטומסכות או רגות השבבים.
   - *רכיבים מזויפים/מוחלפים* בשרשרת האספקה של מוליכים למחצה.

3. **לאחר הייצור/הרכבה:**  
   - *צריבת פירמוויר מרושעת.*
   - *החלפה בתיווך אדם* של שבבים בלוחות מוגמרים.

### סוגי דלתות אחוריות בחומרה

דלתות אחוריות מבוססות שבב (לעיתים גם נקראות **טרויאנים חומרתיים**) יכולות להיות מסווגות על פי *תפקוד*, *מיקום*, ו*מנגנון הדק*:

#### על פי תפקוד

- **דלק נשירה של מידע:** לדוגמה, גניבת מפתחות הצפנה.
- **שינוי תפקודיות:** לדוגמה, הורדת אפקטיביות גנרטור מספרים אקראי, עקיפת אימות.
- **שירות מניעת שירות (DoS):** לדוגמה, הפסקת תפקוד השבב בנתון מסוים.

#### על פי מנגנון הדק

- **דלתות אחוריות תמיד פועלות:** דלת אחורית פעילה תמיד.
- **דלתות אחוריות מופעלות:** מופעלות רק בתנאים המוגדרים מראש (למשל, רצף קלט מסוים או אות).
- **דלתות אחוריות מופעלות מרחוק:** מופעלות באמצעות אותות חיצוניים או חבילות רשת.

#### על פי מיקום

- **לוגיקת דיגיטל:** שערים מוספים, מסלולים חלופיים, מעגלי לוגיקה משופרים.
- **אנלוגית/פיזיקלית:** שינויים בתכונות אנלוגיות (למשל, ספי מתח), לעיתים נדידה בבדיקות לוגיקה דיגיטלית סטנדרטיות.

---

## דוגמאות בולטות מהעולם האמיתי

### מקרה לדוגמה: דלת אחורית נטענת על לוח אם

אחד מהתקריות שזכו לפרסום הרחב ביותר היה הדיווח של בלומברג לשנת 2018 ("הפריצה הגדולה") אשר טען שקבלני משנה סיניים החדרו דלת אחורית מיקרו-צ'יפ למחשבי סופרמיקרו שנמסרו לחברות אמריקאיות גדולות. למרות הכחשות לאחר מכן מכל הצדדים והעדרה של הוכחה סופית מסופקת בציבור, הסיפור הדגיש את הסבירות והשקט הנורא של דלתות אחוריות ברמת השבב.

- **ערוץ תקיפה:** הכנסת דרך שרשרת האספקה בעת הייצור.
- **השפעה:** פוטנציאל לגישה מרחוק, דליפת נתונים.

**מקור**:
- [דיווח בלומברג על שבב סופרמיקרו](https://www.bloomberg.com/news/features/2018-10-04/the-big-hack-how-china-used-a-tiny-chip-to-infiltrate-america-s-top-companies)

### הדגמות טרויאניות בחומרה אקדמיות

#### הטרויאני "דליפת מפתחות AES"

חוקרים הציגו שינויים קטנים במנגנון ההאצה הקריפטוגרפית שגורמים למפתחות ההצפנה לדלוף דרך תעלות צד כוח או תזמון מטמון.

#### הטרויאני "בקרת

 מרחוק"

ב-2013 [בכנס בלק האט](https://www.blackhat.com/us-13/briefings.html#Shwartz), מומחי אבטחה הציגו כיצד *פיצ'רים לתפעול בדיקות/דיבוג* לא מתועדים בתוך חלק מהמיקרובקרים הנפוצים ניתן היה לנצל כדי להשיג גישה ברמת שורש.

#### צוותים אדומים של סוכנות מחקר פרויקטי ביטחון מתקדמים (DARPA)

ה[תוכנית אמון במעגלים משולבים של DARPA](https://www.darpa.mil/program/trust-in-integrated-circuits) הציגה כי אפילו מפעלים מהימנים יכולים להחמיץ דלתות אחוריות שנשתלו בצורה מקצועית במהלך בדיקות סטנדרטיות לאחר ייצור.

---

## כיצד דלתות אחוריות בחומרה משומשות בהתקפות סייבר

בעוד שדלתות אחוריות בחומרה מבוססות שבב הן פחות שכיחות מהשוותיהן בתוכנה, מקרים מוצלחים יכולים להיות בעלי השלכות קטלניות.

### השפעה ברמת הרשת

- **דליפת נתונים:** דלתות אחוריות יכולות לנווט מחדש נתונים רגישים (מפתחות הצפנה, סיסמאות) דרך חיבורים רשתיים שעוקפים את המעקב הנורמלי או, לדוגמה, להשתמש בפליטת אור חשמלי.
- **פקודה ושליטה:** שבבים עם מצבי דלת אחורית "משזינים" יכולים לקבל אותות חיצוניים (חבילות רשת, RF, וכו') המפעילים התנהגות זדונית (תיווך, חבלה, הגברת הרשאות).

### השלכות ברמת המכשיר

- **עקיפת איתחול מאובטח או אימות:** תוקפים יכולים להביס בדיקות פירמוויר או מערכת הפעלה על ידי הוצאת פקודות חומרה לא מתועדות.
- **הגברת הרשאות:** הוראות או לוגיקה זדוניות יכולות להציג קוד תוקף ברמת שורש/מערכת, אפילו עם חיזוק היפר-ויזור במקום.
- **פגיעה בשירות בצורה קבועה:** שבבים יכולים "להשמיד את עצמם" או לנסוק את עצמם בצורה קבועה בהפעלה.

#### דוגמה: התקפות דלת אחורית ניתנות לזיהוי ברמה של 100% ברשת

בדיון בערמת הסייבר [Security Stack Exchange](https://security.stackexchange.com/questions/200578/100-detectable-backdoor-attacks-on-network), מומחים מציינים כי חלק מהתקפות הדלת האחורית בחומרה ניתנות לגילוי רק כאשר התוקף מנסה להשתמש בדלת האחורית על פני הרשת (לדוגמה, תעבורה אנומלית, הפרות פרוטוקול). עם זאת, רבות מהדלתות האחוריות בשבבים יכולות להישאר רדומות ובלתי נראות במשך שנים.

---

## גילוי דלתות אחוריות בחומרה: האם אפשר לזהות 100%?

גילוי דלתות אחוריות בחומרה הוא אתגר משמעותי ופתוח, בפרט אלו המתוכננות להימנע מגילוי. Here’s a breakdown of detection methods, their strengths, and weaknesses.

### טכניקות בדיקה פיזית

- **תמונת ושחזור לאחור:**  
  - **הסרת אריזת לדילוף:** הסרת אריזת השבב כדי לגשת למעגל המשולב.
  - **מיקרוסקופ אלקטרונים בסריקה (SEM):** משמשים ליצירת תמונה והשוואה של פריסת המעגל המשולב כנגד שבבים ידועים ככלום.
  - **תמונת רנטגן:** משמשת לניתוח לא חודרני.
- **מגבלות:**  
  - עלות, זמן, ומורכבות טכנית.
  - לא רלוונטי לפריסה מסחרית או לצריכים במוצרים מסחריים.

### ניתוח התנהגות תפקודית

- **בדיקה עצמית מובנית (BIST):** חלק מהשבבים מריצים בדיקות עצמיות בזמן האתחול. BISTs לעיתים רחוקות מכסים את כל הלוגיקה, ולעיתים לא יכולים להפעיל טרויאנים רדומיים.
- **בדיקת מודל זהב:** השווה את תפוקותיו של שבב חשוד לתפוקות של שבב "זהוב" (מהימן) לאותם קלטים.
  - **מגבלה:** עשוי להחמיץ דלתות אחוריות מופעלות על ידי תנאים נדירים או אירועים ספציפיים.

### אנליזת ערוץ צדדי

- **פרופיל צריכת חשמל:**  
  הבדלים בפרופילי צריכת החשמל של השבב במהלך פעולה יכולים להצביע על לוגיקה נסתרת, במיוחד בעת הפעלה או טריגר הדלת האחורית.
- **ניתוח תזמון:**  
  חפש זמנים עיבוד מגדלים/קטנים תחת דפוסי קלט מסוימים.
- **ניתוח אלקטרומגנטי:**  
  גלה אנומליות ב

 פליטת אשר תואמות לתכונות תקשורת נסתרות.

### דוגמאות קוד: סריקת חומרה וניתוח נתונים

**בעוד ששיטות פיזיות המבוססות על אוסקילוסקופ הן קריטיות, כמה אנומליות התנהגותיות ניתן לזיהוי באמצעות כלים **צד תוכנה** כחלק מ
פרוצדורות מתקדמות להבטחת חומרה (למשל, Linux, BSD, Windows):**

#### 1. ציין מכשירים מחוברים ונתח מזהי ספק/מודל

**Bash: סריקת מכשירי PCI (דוגמה ב-Linux)**
```bash
# ציין את כל מכשירי ה-PCI והספקים/מודלים שלהם (לעיתים לגילוי חומרה זרה או לא ידועה)
lspci -nn | grep -v "known-vendor-string"

החלף את "known-vendor-string" ב-Intel, AMD, וכו'.

2. השתמש ב-Python לניתוח וסימון מכשירים לא ידועים

import subprocess

KNOWN_VENDORS = {"8086", "10de", "1002"}  # דוגמאות מזהי ספקי PCI עבור Intel, NVIDIA, AMD

def get_pci_devices():
    output = subprocess.check_output(['lspci', '-nn']).decode()
    devices = []
    for line in output.splitlines():
        if "[" in line and "]" in line:
            vendor = line.split("[")[-1].split(":")[0]
            devices.append((line, vendor))
    return devices

def find_unknown_devices():
    devices = get_pci_devices()
    unknown = [dev for dev, vendor in devices if vendor not in KNOWN_VENDORS]
    return unknown

if __name__ == "__main__":
    unknown_devs = find_unknown_devices()
    if unknown_devs:
        print("מכשירי PCI לא ידועים התגלו!")
        for dev in unknown_devs:
            print(dev)
    else:
        print("כל מכשירי ה-PCI מזוהים.")

3. בדיקת התנהגות באמצעות I/O ותזמון

Bash Script: מבחן זמן תגובה של מכשיר לשגיאות

#!/bin/bash
for device in /dev/sd*; do
    echo "בוחן את $device"
    time dd if=$device of=/dev/null bs=1M count=10 conv=sync
done

בדוק עיכובים יוצאי דופן או שגיאות בעת הגישה לדיסקים לא מערכתיים או מכשיריי קצה.

4. לכידת ערוץ צדדי (מתקדמת: דורשת חומרה)

ניתוח צריכת חשמל: דורש פרובים חיצוניים ואוסקילוסקופים.
מעקב USB/סריאל: השתמש ב-usbmon ב-Linux:

sudo modprobe usbmon
sudo cat /sys/kernel/debug/usb/usbmon/0u > usb_traffic.log
# סנן עבור מכשירים שאינם ברשימה הלבנה ביומן באמצעות grep או Python

אסטרטגיות להפחתת דלתות אחוריות בחומרה

ניהול אמון ושרשרת אספקה

שרשרות אספקה מהימנות: ספק שבבים רק ממקורות מהימנים ומאומתים; בקש תיעוד עבור ייצור וטיפול.
מבקרות פיזיות: דגימות אקראיות של שבבים ובדיקות צד שלישי של מעגלים משולבים.
אריזות עם עדות למניפולציה: הגן מפני הכנסת דלתות אחוריות לאחר ייצור.

הפחתות טכניות

הנדסה חוזרת: תכנון מיותר של מודול מדרוג טרויאני.
הסמכת שבב בזמן ריצה: שבבים מזהים את עצמם לשורש אמון בחומרה בעת הפעלה.
ניטור ערוץ צדדי: נטר צריכת חשמל, פליטת EM, או I/O בזמן ריצה לתבניות אנומליות.
הגבלת גישה לתכונות בדיקה/דיבוג: פיוזים שניתנים להפעלה פעם אחת בלבד ומכבדים לאחר ייצור.
הצפנת קצה לקצה על חיבורים: מונע עקיצה פנימית או דליפת נתונים דרך חומרה.

דלתות אחוריות מבוססות שבב מייצגות אחד מהאיומים המסוכנים והעדינים ביותר בעולם אבטחת סייבר והנדסת חומרה. בשונה מדלתות אחוריות תוכנתיות, אשר לעיתים ניתן לתקן בעזרת עדכונים, דלתות אחוריות חומרתיות הן בדרך כלל בלתי הפיכות לאחר שהמכשיר נמצא בשטח.

מסקנות מפתח

גילוי קשה: אין שום שיטה ידועה שמתחייבת לגילוי של 100%, למרות שאסטרטגיות שכבתיות מסייעות.
הפנמה חשובה מהכל: שרשראות אספקה מאובטחות, מבקרות צד שלישי, והתנגדות להפרעות פיזיות יותר אפקטיביות מאשר גילוי בשטח.
התמיד בהשגחה: אם את/ה עובד/ת עם מערכות קריטיות, התייחס/י לחומרה ממקורות לא מוכרים כבלתי מהימנות.

מה הלאה?

צפה/י למחקר נוסף בהסמכת שבבים, סימון מים חומרתי, וזיהוי אנומליות מונע AI.
ככל שהתוקפים נעשים מורכבים יותר, כך גם גישות ההגנה שלנו צריכות להיות.

הפניות

סמן/י את המדריך הזה לעדכונים רגילים, או הרשמו לפוסטים מעמיקים על הצומת בין אבטחת סייבר לעיצוב חומרה!

סקר של דלתות אחוריות בחומרה מבוססת שבבים וגילוין

קח את קריירת הסייבר שלך לשלב הבא