IoT设备固件分析教程

——固件是怎么存储的？

原文链接：https://www.contextis.com/resources/blog/part-i-overview-firmware-storage-options/

原文作者：Scott Lester & Steven  

翻译：ljcnaix

设备固件的安全是构建物联网设备安全的基础环节，它的安全问题将影响到整个系统。在真实的Hacking场景中，我们常常需要提取固件，将其解压缩，以便对操作系统和应用程序进行逆向和安全审计。最近的一个例子，请参阅我们的博客《Hacking the Virgin Media Super Hub》（https://www.contextis.com/resources/blog/hacking-virgin-media-super-hub/）。这篇文章是《IoT设备固件分析教程》系列文章的第一篇。本文将介绍设备固件的存储位置和存储方式。未来的博客将关注固件的提取和解压方法（包括较经济的，也包括昂贵的方案）。

在介绍哪些元器件可用于存储固件之前，我们首先来讨论一下，如何识别PCB（Printed Circuit Board，印刷电路板）上的元器件。最明显的信息是芯片上的标签，标签中可能包含了制造商名称、型号和芯片描述。下面几节将介绍不同种类芯片的典型封装，了解封装的特征可以帮助我们猜测芯片的功能。

如果你无法直接查看芯片标签的内容，观察电路的设计方式可以给你提供一些线索。例如，下图展示了西门子PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）的PCB。

在查看芯片手册之前，我们可以进行一下猜测，片上系统（SoC）是右侧这块最大的芯片，中间的芯片是RAM（与SOC之间的接线是弯曲的，这是为了保证所有连线有相同的长度，因为高速RAM需要准确的定时信号），最左边这片是flash（大量平行的连线用于传输并行的数据信号）。

这是一个很好的例子，说明了通过观察芯片的连线和外设，来识别芯片的可能。这种方法，可以帮助我们识别没有标签的未知芯片。当然事实上，上图展示的情形，显然可以直接查看芯片标签的信息，所以它仅仅是一个用于教学的例子J。

上图中，右侧这块芯片可以通过西门子的logo和芯片的零件号来识别，其它两篇芯片上的logo表示它们均由Micron生产。由于空间限制，Micron没有标注芯片的零件号，而使用了空间占用较小的FBGA标记。幸运的是，Micron提供了一个在线解码器（https://www.micron.com/support/tools-and-utilities/fbga）来获得完整的零件号，它显示左边的芯片是ECC NAND Flash（MT29F1G16ABBDAHC），中间的芯片是512MB SDRAM（MT46H16M32LFB5-6）。

一块PCB上，可能有很多地方可以用于存储固件，事实上，在某些设备中，固件确实被存储在多个位置。假如我们有能力找出并识别电路板上的存储芯片，那么下一步，我们需要了解这些存储芯片可以被分为哪些不同类型，以及它们各自常见的用途。

我们讨论低密度存储设备时，术语NOR Flash和EEPROM通常可以互换使用，它们可以单独封装也可以集成在片上系统中。有许多介绍不同类型Flash存储器之间区别的资料，这里不做过多的介绍，只强调一下，NOR Flash/EEPROM最重要的优点在于它们是字节可寻址的（译者注：原文还提到字节可擦除，似乎有误）。这意味着，你可以直接从NOR Flash/EEPROM执行代码，一次一条指令（eXecute in Place or XiP）。这使得NORE Flash非常适合存储低级别的程序，例如启动代码。因为，它不需要任何驱动程序或Flash控制器来读取它存储的内容。

NOR Flash通常有串行和并行两种类型。串行NOR Flash通常采用小型封装，例如SOIC-8，看起来如上图所示。

其它常见的封装格式还有WSON（芯片的封装类型常常使用首字母缩写，这里指：Very Very thin Small Outline No lead package）、DIP-8、SOIC-16和BGA-24（译者注：关于芯片封装，可以参考维基百科，https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_integrated_circuit_packaging_types）。这些小型芯片可以通过SPI或I2C等串行协议进行访问，通常用于存储少量数据，例如SoHo路由器上的系统设置。

大容量NOR通常采用更大的、具有并行数据线（用于提速）的封装。 这些器件更有可能采用48或56引脚的薄型小外形封装（TSOP，Thin Small Outline Package），比如下图所示的Spansion芯片。

这种大型的芯片，沿用我们之前举得例子，可以用于存储SoHo路由器的整个文件系统。

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