Starlink ユーザーターミナル Modchip

このリポジトリは、「Glitched on Earth by Humans: A Black-Box Security Evaluation of the SpaceX Starlink User Terminal」という講演に付随するものです。 スライド資料はこちらから入手できます。講演の録画は近日公開予定です。

この講演では、電圧フォールトインジェクションを行うカスタムModchipを使用して、Starlinkユーザーターミナル上で任意のコードを実行した方法について説明します。 このModchipは、System-on-Chip (SoC) のROMブートローダー (BL1) 実行中に署名検証をバイパスするために使用できます。これにより、BL2以降でSoC上で任意のコードを実行でき、Starlinkユーザーターミナルとシステムのネットワーク側をさらに調査することが可能になります。 私たちは他の研究者が私たちの研究を基に作業を進められるよう、Modchipの設計を公開します。

🚨 自己責任で使用してください 🚨

提供されたModchip設計はテスト済みで使用していますが、このModchipを使用するとユーザーターミナルに恒久的な損傷を与える可能性があります。 同様に、ユーザーターミナルを分解すると恒久的な損傷が生じる可能性があり、保証が無効になる可能性が高いです。

Modchip設計の概要

ModchipはeMMC D0ラインでトリガーし、MOSFETドライバー用に(プログラム可能な)遅延とオフセットを持つ2つのパルスを生成するRP2040マイクロコントローラーによって制御されます。 これらのパルスの1つはグリッチMOSFETを制御し、このMOSFETのゲートがハイに駆動されると、SoCコア電源がグランドに短絡されます。RP2040によって生成される2番目のパルスは、2つのキャパシタバンクを有効/無効にできる2つのMOSFETを制御します。これらのキャパシタはUTが完全にブートするために必要ですが、電圧グリッチ中にキャパシタバンクを有効にすると、目的のフォールトを得られなくなるため、有効にすることはできません。

自作Modchipのための回路図とガーバーデータはこちらで提供しています。

前提条件

• UTを分解します。UTの保証を無効にしたくない場合、または恒久的な損傷のリスクを負いたくない場合は、ここで止めてください。
  • その手順を示す複数の動画がYouTubeにあります。
• eMMCチップの内容を読み出します。バックアップを作成してください！
  • eMMCチップは、CMD、CLK、D0のテストポイントに接続することで、基板に実装したまま読み出すことができます。
  • eMMCは1V8ロジックレベルを必要とします！
  • eMMCチップを読み取るツールはいくつかあります。安価で優れた($12)選択肢は、exploitee.rsのLow Voltage eMMC Adapterです。
• 署名検証を無効にするために、さまざまなブートステージを抽出、パッチ適用、再パッケージ化する必要があります。
  • eMMCレイアウトは、U-Boot GPLリリースのspacex_catson_boot.hファイルに記載されています。
  • ファームウェアの抽出に関する詳細は、ブログ記事にあります。
  • 初期ブートステージはすべて、ARM Trusted Firmware-Aプロジェクトに基づいています。
    • TF fiptoolを使用して、Firmware Image Packageを個々のパーツに展開できます。
    • これらのブートステージへのパッチ適用は、基本的な静的解析の後、Ghidraを使用して行うことができます（オープンソースのTF-Aコードを参考にしてください）。
    • 署名検証を無効にし、UART出力を再び有効にしてください。
    • 証明書内のファームウェアハッシュを更新してください。署名検証はグリッチしますが、ハッシュは依然として有効である必要があります。
  • 同様に、署名検証を無効にするためにU-Bootイメージにいくつかの変更を加える必要があります。
    • bootdelayパラメータを増やすこともできます。
  • Flattened uImage Treeは、U-Bootプロジェクトの一部として提供されているdumpimageを使用して展開できます。
    • 必要な変更を加えて再パッケージ化します。
• パッチ適用済みファームウェアをeMMCチップに書き戻します。

Starlink UT PCBへのModchipの取り付け

• はんだ付けする前に、組み立てたModchipが動作することを確認してください。

• 赤い四角で囲まれたデカップリングコンデンサを取り外します。これらは通常、SoCコア電源を安定させるために使用されます。

• 組み立てたModchipをUT PCB上に位置合わせし、キャスタレーションホールを使ってはんだ付けします。コア電源とグランドの間を短絡させないように注意してください。

  • 右端のキャスタレーションホールの位置が正しくありません。PCBを再設計するか、UT PCB上の露出したパッドをマスクして、キャスタレーションホールを近くのグランドパッドに接続してください（写真参照）。

• UT RSTとマークされたテストポイントを、コア電圧レギュレータのイネーブルピンに接続します。

• 12Vとマークされたテストポイントを、UT PCB上の近くの12V電源に接続します。

• 右端のジャンパーパッド（ボタンの下）をeMMC D0テストポイントに接続します。

  • これは、UART出力を無効にするファームウェアアップデートがあったため、このようにする必要がありました。

• 1V8とマークされたテストポイントを、UT PCB上の近くの1.8V電源に接続します（eMMCの隣に1V8に接続されたデカップリングコンデンサがあります）。

これでグリッチを始める準備が整いました。頑張ってください！ Pythonフォルダには、実験用にModchipの使用を開始する方法を示すサンプルが含まれています。

既知の問題と制限事項

• このModchipは、SpaceXがすべてのUART出力を無効にするためにヒューズを溶断するファームウェアアップデートを導入する前に設計されました。Modchipは当初UART出力でトリガーするように設計されていましたが、eMMC D0信号でトリガーするように適合できます。新しいリビジョンでは、eMMC D0データでトリガーするだけでなく、UART出力も読み取れるようにすることが有用でしょう。UARTはBL2で再び有効にでき、グリッチが成功したことを確認する簡単な方法を提供します。
• このModchipは円形ユーザーターミナル向けに設計されています。同じ攻撃は四角いユーザーターミナルでも機能するはずですが、新しいPCB設計を作成する必要があります。
• キャスタレーションホールの1つのセクションが誤った位置にあります。この設計をそのまま使用する場合は注意し、それに応じて取り付け手順に従ってください。
• グリッチ成功後にModchipを制御PCから取り外すと、ディッシュが再起動する可能性があります。これはおそらくMCP1405 MOSFETドライバーのIN Aピンにプルダウン抵抗がないためです。
• 提供されるファームウェアは、フォールトインジェクション試行を調整するための外部制御PCを前提としています。(現在未使用の)2番目のRP2040 Cortex-M0コアを使用して、これをスタンドアロンのModchipにすることはかなり簡単なはずです。

FAQ

• 完成したModchipは販売していません
• (パッチ適用済みの)Starlinkユーザーターミナルファームウェアは提供していません
• 正確なグリッチパラメータは提供していません。プレゼンテーションスライドにはさまざまなヒントが含まれており、パラメータはファームウェアのパッチ方法によって異なります。