Firmware Security: как атакуют BIOS, UEFI и BMC

[Enchant_Service]

🧠 Firmware Security: как атакуют BIOS, UEFI и BMC​

Уязвимости, атаки и защита на уровне, где нет антивирусов​

---

Введение​

Безопасность прошивок — это невидимый, но критический уровень современной инфраструктуры.
Пока большинство инженеров защищает ОС, контейнеры и приложения, злоумышленники уже давно работают на нулевом уровне доверия — firmware layer: BIOS/UEFI, контроллеры BMC, Intel ME, SPI flash и периферийные микроконтроллеры.
Прошивка — это то, что запускается до ядра, имеет высшие привилегии и зачастую не имеет механизмов защиты от модификации.
Взлом BIOS или BMC позволяет:

• получать постоянный доступ (persistency) даже после переустановки ОС;
• внедрять rootkit, недоступный для антивируса;
• удалённо управлять системой независимо от ОС;
• проводить supply-chain атаки (заражение на этапе сборки).

---

1. Архитектура firmware-уровня​

Чтобы понять, где атаковать — нужно знать, как это устроено.

🔹 BIOS / UEFI​

• Располагается в SPI flash на материнской плате.
• Загружается первым при включении, инициализирует память, CPU, устройства.
• Состоит из нескольких фаз: SEC → PEI → DXE → BDS → OS Loader.
• В UEFI (в отличие от старого BIOS) используется файловая структура, драйверы, протоколы и даже сетевой стек (PXE, HTTP boot).

🔹 Intel ME / AMD PSP​

• Встроенные микроконтроллеры в чипсете, работающие параллельно CPU.
• Имеют собственную ОС (Minix-подобную), сетевой доступ и полный контроль над памятью.
• Используются для AMT, TPM и других “management” функций — но часто эксплуатируются как бэкдор.

🔹 BMC (Baseboard Management Controller)​

• Отдельный микрокомпьютер (часто ARM), управляющий сервером даже при выключенном питании CPU.
• Использует IPMI, Redfish или KVM over LAN.
• Доступен из отдельной сети и часто слабо защищён (пароли по умолчанию, устаревшие web-интерфейсы).

---

2. Типовые векторы атак​

⚔️ 2.1. SPI Flash Manipulation​

Атакующий получает доступ (физически или через kernel exploit) и переписывает прошивку SPI.
Примеры:

• Модификация DXE-драйвера, внедрение UEFI rootkit (пример — LoJax от APT28).
• Подмена bootloader’а, внедрение ключей Secure Boot.
• Манипуляции с Boot Guard и ME Region.

Защита: SPI write-protect pin, Boot Guard, Signed Firmware Capsule, BIOS Lock Enable.

---

⚔️ 2.2. Firmware-Level Rootkits​

Rootkit встраивается в UEFI, персистирует в NVRAM и загружает malicious DXE-драйвер при старте.

• Устойчив к переустановке ОС и обновлениям.
• Может подменять ядро Linux или Windows Loader.
• Использует SMM (System Management Mode) для обхода защиты памяти.

Пример:
UEFI rootkit CosmicStrand (обнаружен в 2022), внедрённый в прошивку ASUS и Gigabyte плат, активировался на стадии DXE и внедрял payload в Windows Kernel.

---

⚔️ 2.3. Intel ME Exploits​

Intel ME имеет прямой доступ к DRAM, CPU, сети.
Уязвимости (например, SA-00086) позволяли запускать собственный код в ME runtime.
Опасность: управление системой ниже уровня ОС, невидимость для любых средств мониторинга.
Инструменты:

• me_cleaner — попытка частично отключить ME.
• Chipsec — фреймворк для анализа и аудита безопасности платформы.

---

⚔️ 2.4. BMC и удалённое управление​

BMC часто эксплуатируется через:

• Web-интерфейсы (XSS, RCE, пароли по умолчанию).
• Уязвимости в IPMI/Redfish (например, CVE-2018-1207 в Dell iDRAC).
• Неизолированные management-сети.

Риски:
Захват BMC = полный контроль над сервером, в том числе питание, прошивка, консоль.
Case-study: атака LightNeuron на Microsoft Exchange через BMC-компрометацию серверов.

---

3. Supply Chain: когда вредонос вшит с завода​

Всё чаще атакующие заражают не конечные системы, а цепочку поставок:

• заражение прошивки на этапе OEM-производства (пример — ShadowHammer, 2019, заражённые ASUS-обновления);
• вредоносные обновления через подписанные пакеты (Compromised vendor certificates).

Современные меры защиты:

• reproducible builds;
• firmware signing и secure update channels;
• SBOM (Software Bill of Materials) для firmware-компонентов.

---

4. Инструменты анализа и тестирования​

Инструмент	Назначение
CHIPSEC	Фреймворк от Intel для тестирования прошивок, UEFI и SPI
UEFITool / UEFIDump	Извлечение и модификация образов прошивок
Binwalk	Анализ бинарных образов, поиск сжатых блоков и ELF’ов
Flashrom	Чтение и запись SPI флешей
MEAnalyzer	Анализ регионов Intel ME / TXE
IDA Pro / Ghidra	Реверсинг DXE-драйверов и образов UEFI
RWEverything / AMT Tools	Доступ к ME, ACPI, PCI и SMBus-устройствам

---

5. Защита и best practices​

1. Включить Secure Boot и обеспечить строгую цепочку доверия (PK, KEK, db/dbx).
2. Использовать Signed Capsule Updates — только проверенные обновления BIOS.
3. Ограничить запись в SPI Flash (BIOS Lock, FLOCKDN).
4. Мониторить целостность firmware (fwupd, CHIPSEC integrity test).
5. Изолировать BMC в отдельной VLAN, обновлять его прошивки и выключать ненужные сервисы.
6. Контролировать supply chain: требовать подписанные образы, проверять SHA256.
7. Удалить или ограничить Intel ME/AMT при возможности (через OEM tools).

---

6. Перспективы: Firmware Threat Intelligence​

Современные APT-группы всё чаще уходят «вниз» — на уровень firmware и аппаратных компонентов.
Появляются новые направления:

• Firmware-level EDR — мониторинг SPI/UEFI-событий.
• Hardware attestation через TPM 2.0 и DRTM.
• AI-based anomaly detection для BMC и IPMI.

UEFI и BMC становятся не просто точками уязвимости, а новым фронтом кибервойн.
Там, где антивирус не видит, остаются только знание и контроль на уровне платформы.

---

Заключение​

Безопасность firmware — это вопрос не просто защиты компьютера, а защиты доверия к вычислительной платформе.
UEFI и BMC — это не “низкоуровневая магия”, а полноценные операционные системы с сетевыми стеком, памятью и уязвимостями.
Понимание их архитектуры и инструментов анализа становится обязательным навыком для инженеров по безопасности в 2025 году.

---