FPGA芯片存在Starbleed漏洞，赛灵思受到影响
字数 1207 2025-08-15 21:30:39

FPGA芯片Starbleed漏洞深度分析报告

1. 漏洞概述

Starbleed是一个影响FPGA芯片的严重安全漏洞，由德国波鸿鲁尔大学霍斯特·戈茨IT安全研究所和马克斯·普朗克网络安全与隐私保护研究所的研究团队发现。

1.1 漏洞影响范围

  • 受影响厂商：赛灵思(Xilinx)公司
  • 受影响产品系列：
    • 7系列设备(Spartan、Kintex、Artix和Virtex系列)
    • Virtex-6芯片
  • 不受影响产品：UltraScale和UltraScale+系列芯片

1.2 漏洞严重性

该漏洞允许攻击者完全控制芯片，可能导致：

  • 植入硬件后门
  • 修改芯片功能
  • 造成系统物理损坏

2. 技术细节

2.1 攻击面

攻击者需要访问以下接口之一：

  • JTAG接口
  • SelectMAP接口

2.2 攻击目标

针对FPGA芯片的比特流(包含设备编程信息的文件)，特别是绕过比特流加密机制。

2.3 攻击方法

研究人员开发了两种"低成本"的攻击方法：

  1. 完全解密7系列赛灵思设备
  2. 部分解密Virtex-6设备

与传统攻击相比，这些方法不需要：

  • 复杂设备
  • 丰富的技术知识

3. 漏洞利用条件

3.1 物理访问要求

  • 攻击者需要物理接近目标系统
  • 可能存在的远程攻击向量(研究人员警告但未详细说明)

3.2 系统设计缺陷

缺乏足够的篡改保护机制会增加风险

4. 厂商响应

4.1 漏洞披露时间线

  • 2019年9月：研究人员向赛灵思报告漏洞
  • 赛灵思确认漏洞存在

4.2 修复方案

  • 根本修复：需要替换硅片(硬件层面)
  • 临时缓解：赛灵思建议采用篡改保护机制设计系统

4.3 厂商立场

赛灵思部分认同研究人员的评估，但指出：

  • 攻击需要物理接近
  • 攻击复杂度类似于已知的DPA攻击
  • 未显著削弱设备安全性

5. 影响评估

5.1 受影响领域

FPGA广泛应用于：

  • 工业控制系统(ICS)
  • 云数据中心
  • 蜂窝式基站
  • 医疗设备
  • 航空系统

5.2 潜在风险

  • 关键基础设施安全威胁
  • 敏感数据泄露风险
  • 系统功能被篡改的可能性

6. 防护建议

6.1 短期措施

  • 实施物理安全控制
  • 限制对JTAG/SelectMAP接口的访问
  • 监控异常行为

6.2 长期措施

  • 迁移到不受影响的UltraScale/UltraScale+系列
  • 设计时加入篡改检测和保护机制
  • 定期安全评估和更新

7. 研究意义

该研究揭示了FPGA安全领域的重要问题：

  • 比特流加密机制的可破解性
  • 硬件安全假设的局限性
  • 物理访问威胁模型的扩展

8. 未来方向

  • 开发更强大的比特流保护机制
  • 研究远程攻击向量的可能性
  • 完善FPGA安全评估框架

附录：术语解释

  • FPGA：现场可编程门阵列，制造后可在现场编程的集成电路
  • 比特流：包含FPGA设备编程信息的文件
  • JTAG：联合测试行动组，标准测试接口
  • SelectMAP：赛灵思FPGA的配置接口之一
  • DPA攻击：差分功耗分析，一种侧信道攻击方法
FPGA芯片Starbleed漏洞深度分析报告 1. 漏洞概述 Starbleed是一个影响FPGA芯片的严重安全漏洞，由德国波鸿鲁尔大学霍斯特·戈茨IT安全研究所和马克斯·普朗克网络安全与隐私保护研究所的研究团队发现。 1.1 漏洞影响范围 受影响厂商 ：赛灵思(Xilinx)公司 受影响产品系列 ： 7系列设备(Spartan、Kintex、Artix和Virtex系列) Virtex-6芯片 不受影响产品 ：UltraScale和UltraScale+系列芯片 1.2 漏洞严重性 该漏洞允许攻击者完全控制芯片，可能导致： 植入硬件后门 修改芯片功能 造成系统物理损坏 2. 技术细节 2.1 攻击面 攻击者需要访问以下接口之一： JTAG接口 SelectMAP接口 2.2 攻击目标 针对FPGA芯片的 比特流 (包含设备编程信息的文件)，特别是绕过比特流加密机制。 2.3 攻击方法 研究人员开发了两种"低成本"的攻击方法： 完全解密7系列赛灵思设备 部分解密Virtex-6设备 与传统攻击相比，这些方法不需要： 复杂设备 丰富的技术知识 3. 漏洞利用条件 3.1 物理访问要求 攻击者需要物理接近目标系统 可能存在的远程攻击向量(研究人员警告但未详细说明) 3.2 系统设计缺陷 缺乏足够的篡改保护机制会增加风险 4. 厂商响应 4.1 漏洞披露时间线 2019年9月：研究人员向赛灵思报告漏洞 赛灵思确认漏洞存在 4.2 修复方案 根本修复 ：需要替换硅片(硬件层面) 临时缓解 ：赛灵思建议采用篡改保护机制设计系统 4.3 厂商立场 赛灵思部分认同研究人员的评估，但指出： 攻击需要物理接近 攻击复杂度类似于已知的DPA攻击 未显著削弱设备安全性 5. 影响评估 5.1 受影响领域 FPGA广泛应用于： 工业控制系统(ICS) 云数据中心 蜂窝式基站 医疗设备 航空系统 5.2 潜在风险 关键基础设施安全威胁 敏感数据泄露风险 系统功能被篡改的可能性 6. 防护建议 6.1 短期措施 实施物理安全控制 限制对JTAG/SelectMAP接口的访问 监控异常行为 6.2 长期措施 迁移到不受影响的UltraScale/UltraScale+系列 设计时加入篡改检测和保护机制 定期安全评估和更新 7. 研究意义 该研究揭示了FPGA安全领域的重要问题： 比特流加密机制的可破解性 硬件安全假设的局限性 物理访问威胁模型的扩展 8. 未来方向 开发更强大的比特流保护机制 研究远程攻击向量的可能性 完善FPGA安全评估框架 附录：术语解释 FPGA ：现场可编程门阵列，制造后可在现场编程的集成电路 比特流 ：包含FPGA设备编程信息的文件 JTAG ：联合测试行动组，标准测试接口 SelectMAP ：赛灵思FPGA的配置接口之一 DPA攻击 ：差分功耗分析，一种侧信道攻击方法