В современном мире, где информационная безопасность приобретает все большую значимость, методы аппаратного анализа и воздействия стали необходимым инструментом для выявления уязвимостей в электронных устройствах. Одним из таких методов является электромагнитная инъекция сбоев (Electromagnetic Fault Injection, EMFI) — техника, позволяющая воздействовать на аппаратное обеспечение посредством кратковременных электромагнитных импульсов для создания сбоев и срывов в работе микроконтроллеров и других компонентов. Несмотря на эффективность EMFI, традиционные инструменты для таких исследований зачастую стоят дорого и недоступны для многих специалистов и энтузиастов. В этой связи проект PicoEMP от NewAE Technology существенно меняет ситуацию, предлагая бюджетное и при этом функциональное решение для проведения экспериментов с электромагнитной инъекцией сбоев. PicoEMP — это открытый проект, представляющий собой компактный и недорогой инструмент EMFI.
Его основная цель — сделать эту важную технологию доступной для исследователей, студентов и хобби-специалистов, устраняя барьер высокой стоимости и сложности специализированных профессиональных устройств. Разработка базируется на контроллере Raspberry Pi Pico, что снижает изначальные затраты и позволяет использовать широко распространённые аппаратные и программные ресурсы. По сравнению с более мощным и дорогостоящим аналогом — ChipSHOUTER — PicoEMP характеризуется упрощённой схемотехникой и меньшей энергоёмкостью. ChipSHOUTER использует высоковольтные цепи с мощностью около 30 Вт и предлагает весьма точное регулирование выходного напряжения в диапазоне 150-500 В. В то время как PicoEMP ограничен мощностью примерно 0,2 Вт и генерацией импульсов на уровне 250 В, что делает его менее универсальным для некоторых задач, но при этом достаточным для большинства образовательных и экспериментальных применений.
Главное отличие заключается в оптимизации устройства по параметрам: безопасность работы стоит на первом месте, далее — стоимость, удобство использования и, наконец, производительность. Таким образом, PicoEMP создает баланс между функциональностью и доступностью. Одним из ключевых технических решений, обеспечивающих безопасную эксплуатацию PicoEMP, является изоляция высоковольтного выхода от низковольтной части системы. В отличие от многих других разработок, где выход EMFI-устройства непосредственно связан с землей, приводя к опасности поражения электрическим током, PicoEMP построен с плавающей высоковольтной частью. Такая инженерная разработка минимизирует риск случайного удара током, что особенно важно для самостоятельного использования пользователями без специальной подготовки в лабораторных условиях.
Для обеспечения изоляции применяется трансформаторная схема управления затвором силовых ключей, которая помогает эффективно управлять высоковольтными импульсами с минимальными помехами. PicoEMP состоит из нескольких основных компонентов: контроллера на базе Raspberry Pi Pico, цепей формирования и усиления импульсов, высоковольтного преобразователя и инъекционного наконечника, который чаще всего изготавливается с использованием ферритового сердечника и тонкого провода. Последний элемент является основным инструментом для воздействия на исследуемое устройство при помощи электромагнитных импульсов. Сообщество разработчиков проекта активно делится схемами, образцами наконечников и советами по их изготовлению, что позволяет расширить возможности пользователей по адаптации устройства под индивидуальные задачи. Использование PicoEMP предполагает тщательное изучение вопросов безопасности и правильного обращения с высоковольтными деталями.
Устройство не поставляется как готовый продукт, требующий от пользователя самостоятельной сборки и соблюдения всех мер предосторожности. Особенно важна пластиковая защитная крышка, которая предотвращает случайный контакт с высоковольтными элементами. Создание корректного защитного корпуса и надежное заземление обеспечивают минимизацию рисков при эксплуатации. Также стоит отметить, что по умолчанию у PicoEMP отсутствуют автоматические датчики безопасности и отключения при отсутствии инъекционного наконечника — функциональность, присутствующая в более дорогих аналога. Программная составляющая проекта также поддерживается сообществом и разрабатывается на языке C с использованием среды разработки, которая позволяет гибко настраивать параметры зарядки, длительность и амплитуду импульсов, а также тайминги для достижения наиболее выраженных эффектов инъекции.
Пользователи могут интегрировать PicoEMP с другими системами автоматизации или вариантами микроконтроллеров, расширяя типы атак и экспериментов. Важной частью является и наличие различных демо-роликов и учебных материалов, позволяющих новичкам быстрее освоить работу с инструментом. Практическое применение PicoEMP включает запуск атак на микроконтроллеры для оценки устойчивости к сбоям, тестирование встроенных схем защиты, развитие знаний в области аппаратной безопасности и исследование воздействия электромагнитных импульсов на криптографические устройства. Устройство подходит для проведения базовых лабораторных работ в исследовательских и домашних условиях, а также для проведения экспериментов, направленных на выявление и понимание слабых мест аппаратного обеспечения. К тому же открытый характер проекта стимулирует сообщество к обмену опытом и улучшению конструкции, что обеспечивает постоянное развитие и расширение возможностей PicoEMP.
Также стоит отметить важность проектирования инъекционного наконечника (пробы), который оказывает заметное влияние на эффективность и точность воздействия. Правильный выбор ферритового сердечника, диаметр и количество витков провода, а также форма наконечника определяют способность сфокусировать импульс именно на целевой микросхеме или ее отдельном элементе. В проекте предоставляются рекомендации и примеры собственных разработок, что способствует созданию адаптированных решений под разные задачи, а также интеграции с исследованиями в академической сфере и промышленности. Помимо образовательного и исследовательского использования, PicoEMP помогает в развитии более безопасных изделий путем оценки их стойкости к аппаратным атакам. Анализ результатов электромагнитной инъекции сбоев позволяет производителям выявлять уязвимости на ранних стадиях разработки и улучшать защитные механизмы.
Таким образом, даже несмотря на свою доступность и упрощённость, инструмент играет важную роль в обеспечении более высокого уровня безопасности электронных устройств. Несмотря на множество достоинств, PicoEMP не лишен ограничений. Следует понимать, что подобный бюджетный инструмент не может полностью заменить профессиональные дорогостоящие решения, особенно в условиях эксплуатации, требующих сертификационной безопасности и стабильности повторения результатов. Тем не менее, он отлично подходит для ознакомления с принципами работы EMFI, отладки и проведения экспериментов в лабораторных и образовательных целях. Нельзя забывать и о юридических и этических аспектах работы с инструментами такого рода.
