Seminar SEGGER emSecure-Boot – Firmware-Authentisierung und Anti-Hacking

Das Seminar baut eine vollständige Anti-Hacking-Kette auf: freigegebene Firmware wird im Produktions- oder Release-Prozess signiert, der öffentliche Schlüssel wird im vertrauenswürdigen Bootpfad verankert und jede Firmware vor der Ausführung geprüft. Fehlerreaktionen und Updatefälle werden ausdrücklich mit betrachtet.

Inhaltsübersicht

• Lernziele und fachliche Einordnung
• Schrittweise Seminarinhalte
• Praxisübungen und Laborszenarien
• Zielgruppe und Voraussetzungen
• Didaktik und Arbeitsweise

Lernziele

• Angriffspfade gegen Firmwareinhalt und Startentscheidung bewerten.
• Produktionssignatur und öffentlichen Verifikationsschlüssel sicher zuordnen.
• Firmwareprüfung im Bootpfad korrekt implementieren.
• Ablehnung, Löschung, Bootloader-Verbleib und Recovery risikobasiert festlegen.
• Manipulations-, Austausch- und Updatefälle reproduzierbar testen.

Schrittweise Seminarinhalte

1. Anti-Hacking-Bedrohungsmodell

Schwerpunkt: Flash-Austausch, Binärpatch, Funktionsfreischaltung, Schlüsselentnahme, Debug-Zugriff, manipulierte Updates und Netzwerkmissbrauch.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Anti-Hacking-Bedrohungsmodell“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Flash-Austausch, Binärpatch, Funktionsfreischaltung, Schlüsselentnahme, Debug-Zugriff, manipulierte Updates und Netzwerkmissbrauch modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen priorisierten Firmware-Angriffskatalog dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

2. Firmware-Signierung im Releaseprozess

Schwerpunkt: Schlüsselpaar, privater Schlüssel, Hash, Signatur, Firmware-Artefakt, Freigabe, Manifest und Produktionsübergabe.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Firmware-Signierung im Releaseprozess“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Schlüsselpaar, privater Schlüssel, Hash, Signatur, Firmware-Artefakt, Freigabe, Manifest und Produktionsübergabe modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen kontrollierten Signier- und Freigabeprozess dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

3. Öffentlicher Schlüssel im Bootpfad

Schwerpunkt: Boot-ROM oder Bootloader, Schlüsselformat, Speicherort, Unveränderbarkeit, Produktvarianten, Schlüsselwechsel und Vertrauensgrenze.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Öffentlicher Schlüssel im Bootpfad“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Boot-ROM oder Bootloader, Schlüsselformat, Speicherort, Unveränderbarkeit, Produktvarianten, Schlüsselwechsel und Vertrauensgrenze modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine belastbare Verankerung des Prüfschlüssels dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

4. Signaturprüfung vor der Ausführung

Schwerpunkt: Firmwarebereich, Hashbildung, Signaturprüfung, Startadresse, Vektorprüfung, Fehlercodes, Timing und Ressourcen.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Signaturprüfung vor der Ausführung“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von Firmwarebereich, Hashbildung, Signaturprüfung, Startadresse, Vektorprüfung, Fehlercodes, Timing und Ressourcen modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen vollständigen Verified-Boot-Ablauf dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

5. Fehlerpolitik und sichere Zustände

Schwerpunkt: im Bootloader verbleiben, Firmware löschen, Recovery starten, Diagnose ausgeben, Wiederholungen begrenzen und Servicezugang.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Fehlerpolitik und sichere Zustände“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von im Bootloader verbleiben, Firmware löschen, Recovery starten, Diagnose ausgeben, Wiederholungen begrenzen und Servicezugang modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis eine abgestimmte Sicherheits- und Verfügbarkeitspolitik dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

6. Firmware-Updates und Schlüsselkontinuität

Schwerpunkt: neue Firmware, alte Firmware, Versionsbezug, Signaturwechsel, Schlüsselrotation, Recovery und Bootloader-Abhängigkeiten.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Firmware-Updates und Schlüsselkontinuität“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von neue Firmware, alte Firmware, Versionsbezug, Signaturwechsel, Schlüsselrotation, Recovery und Bootloader-Abhängigkeiten modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen durchgängigen Update- und Vertrauenskettenprozess dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

7. Manipulationstest und Produktionsabnahme

Schwerpunkt: veränderte Bytes, falsche Signatur, falscher Schlüssel, abgeschnittenes Image, falsche Adresse, Debug-Eingriff und Serienprüfung.

1. Ausgangslage, Schutzbedarf und Zielkriterien für den Themenblock „Manipulationstest und Produktionsabnahme“ erfassen.
2. Relevante Komponenten, Daten, Rollen und Abhängigkeiten anhand von veränderte Bytes, falsche Signatur, falscher Schlüssel, abgeschnittenes Image, falsche Adresse, Debug-Eingriff und Serienprüfung modellieren.
3. Die erforderliche Konfiguration, Implementierung oder Prozessfolge am Laborsystem beziehungsweise am Architekturmodell schrittweise umsetzen.
4. Funktion, Sicherheitsgrenzen, Fehlerverhalten und Nachvollziehbarkeit mit definierten Positiv-, Negativ- und Manipulationsfällen prüfen.
5. Als Arbeitsergebnis einen reproduzierbaren Anti-Hacking-Abnahmekatalog dokumentieren, fachlich abnehmen und in einen wiederholbaren Standard überführen.

Praxisübungen und Laborszenarien

• Signierung einer Firmware und Verankerung des öffentlichen Schlüssels im Bootpfad.
• Implementierung und Messung einer Firmware-Signaturprüfung.
• Durchspielen verschiedener Fehlerpolitiken bei ungültiger Firmware.
• Manipulations- und Austauschtests mit dokumentierten Ergebnissen.

Zielgruppe und Voraussetzungen

Zielgruppe: Boot-ROM- und Bootloader-Entwicklung, Embedded-C-Entwicklung, Product Security, SoC- und MCU-Integration sowie technische Validierung.

Voraussetzungen: Gute Embedded-C-Kenntnisse, Erfahrung mit Bootsequenzen und Flash-Speicher sowie Grundlagen digitaler Signaturen.

Didaktik und Arbeitsweise

Kurze Fachimpulse werden unmittelbar durch Architekturarbeit, Demonstrationen, strukturierte Implementierungsschritte, praktische Übungen und kontrollierte Fehlerfälle vertieft. Jede Übung verwendet definierte Ausgangswerte, Prüfpunkte, Negativfälle und Dokumentationsanforderungen, damit die erarbeiteten Abläufe als Entwicklungs-, Produktions- oder Betriebsstandard wiederholbar bleiben.