Segurança de Dispositivos Inteligentes por Dentro: Do Secure Boot e TrustZone a Relatórios de Pesquisadores Externos

Dispositivos inteligentes como smart speakers, TVs e câmeras com assistentes de IA deixaram de ser meros eletrodomésticos. Do ponto de vista da segurança, eles representam um sistema distribuído onde a fronteira de confiança abrange múltiplos níveis, desde mecanismos de hardware até a lógica do servidor. Portanto, a abordagem de proteção deve ser multifacetada.

Como engenheiro de segurança da informação para Alice e Dispositivos Inteligentes do Yandex, meu papel é estar em ambos os lados: pensar em como tornar os dispositivos seguros e saber como "quebrá-los". É essencial considerar constantemente vetores de ataque potenciais e métodos de defesa. Nosso programa "Bug Bounty" (Caça a Erros) é fundamental nesse processo. Hoje, compartilharei como analisar dispositivos inteligentes sob a ótica da segurança da informação, os riscos reais envolvidos e como minimizá-los.

Como e Por Que Protegemos os Dispositivos

O modelo básico de proteção de dispositivos envolve várias camadas: o próprio dispositivo (nível de hardware) → bootloaders (sistemas operacionais de baixo nível) → sistema operacional do usuário. Vamos detalhar cada um:

Nível de Hardware

Ao analisar a segurança de um dispositivo, o primeiro passo é examinar o processo de boot. O mecanismo Secure Boot protege a inicialização do sistema, verificando a autenticidade e integridade do firmware em cada etapa. Ele impede a execução de firmware malicioso ou modificado, garantindo que apenas código confiável seja executado. Este é um mecanismo de segurança fundamental, sem o qual as camadas de proteção subsequentes perdem o sentido.

Abaixo está um esquema simplificado de um processo de boot confiável, onde cada estágio verifica o próximo, começando pelo código de hardware imutável (BootROM):

• BootROM (hardware, protegido contra modificação) verifica a assinatura do primeiro bootloader (Bootloader).
• Bootloader verifica o UBoot.
• UBoot verifica o kernel do SO e os drivers.
• O kernel verifica os aplicativos do usuário.

O programa "Bug Bounty" oferece recompensas de até 750.000 rublos pela exploração de falhas no processo de boot confiável de um dispositivo. Um pesquisador foi recompensado em fevereiro por tal descoberta.

Exemplo Real de Correção de Vulnerabilidade de Hardware

Uma vulnerabilidade crítica descoberta nos chips Amlogic, o processador principal de nossos dispositivos, exemplifica a necessidade de correções urgentes. O problema residia no BootROM, o primeiro código executado ao ligar o dispositivo. Armazenado diretamente no processador e imune a atualizações de software, ele possuía um modo de boot via USB usado na fabricação. Descobriu-se que enviar um comando especialmente corrompido para este modo podia travar o bootloader, permitindo contornar o Secure Boot e carregar código arbitrário não assinado, com potencial para cenários adversos aos usuários.

A correção exigia a adição de uma senha USB para cada dispositivo em uma área de memória protegida – o eFuse. Embora simples em produção ou com acesso físico, implementar isso em dispositivos já em uso apresentou desafios. Tentativas de definir a senha a partir do UBoot, do sistema operacional principal ou através de um Trusted App enfrentaram dificuldades. Nossa solução, detalhada na conferência "Я Железо" (Eu Hardware), envolveu o uso de um microcontrolador de serviço para criar uma senha USB única para cada dispositivo. Essa senha atua como um guardião antes do código vulnerável, impedindo o acesso não autorizado.

A cadeia de ataque perigosa foi modificada da seguinte forma:

• Antes: BootROM vulnerável → Bootloader → UBoot → Kernel → Aplicações.
• Depois: BootROM → Senha USB (via microcontrolador) → Bootloader → UBoot → Kernel → Aplicações.

Em resumo, a vulnerabilidade foi neutralizada pela introdução de uma camada de verificação adicional e específica para cada dispositivo.

Essas vulnerabilidades são altamente valorizadas no programa Bug Bounty, pois expõem problemas arquitetônicos fundamentais de segurança e exigem uma abordagem de correção complexa, abrangendo tanto hardware quanto software.

Sistemas Operacionais de Baixo Nível

A próxima camada é o isolamento de hardware. Dispositivos baseados em ARM (Advanced RISC Machine) utilizam o TrustZone, que divide o ambiente de execução normal de uma área segura. Isso cria dois contornos de execução de operações separados. Do ponto de vista da engenharia, essa é uma forma de isolar riscos: mesmo que parte do sistema seja comprometida, operações e dados críticos permanecem em um contorno seguro.

Um exemplo de interação no TrustZone:

Se um pesquisador encontrar uma maneira de comprometer chaves criptográficas de um elemento seguro, ele poderá receber uma recompensa de até 750.000 rublos, de acordo com as regras do programa Bug Bounty.

Sistema Operacional do Usuário

Considero a interação de rede com a infraestrutura em nuvem como outra fronteira de segurança. A transmissão de dados por canais criptografados com autenticação mútua protege contra uma classe inteira de ataques de interceptação e falsificação de tráfego, sendo um componente obrigatório em qualquer arquitetura segura moderna.

Um exemplo real de interação entre múltiplas tecnologias: TrustZone e transmissão de dados por canais criptografados.

A detecção de problemas desse tipo na comunicação de rede se enquadra na categoria geral de "Infraestrutura e Serviços Yandex".

Quais Vulnerabilidades São Consideradas de Significância Intrínseca

Zero-click RCE (Remote Code Execution)

Na avaliação profissional, os cenários de maior prioridade são aqueles que potencialmente concedem controle sobre o dispositivo ou minam mecanismos de confiança. Um exemplo proeminente é a execução remota de código sem intervenção do usuário (Zero-click RCE).

As diferenças entre ataques comuns e Zero-click RCE são:

• Ataques Comuns: Geralmente requerem alguma ação do usuário (clicar em um link, abrir um arquivo).
• Zero-click RCE: O ataque é executado automaticamente, sem qualquer ação do usuário, explorando vulnerabilidades em serviços ou protocolos que operam em segundo plano.

Tais vulnerabilidades alteram o modelo de ameaças de todo o sistema e exigem atenção prioritária. Um exemplo seria o envio de dados especialmente preparados para aplicativos em execução no dispositivo, sem a necessidade de interação do usuário. Essas vulnerabilidades são avaliadas com recompensas de até 1.500.000 rublos. Até o momento, nenhum pesquisador encontrou tais vulnerabilidades em nossos dispositivos.

Em termos simples, quando um atacante obtém a capacidade de executar código arbitrário em seu dispositivo sem seu conhecimento, ele se torna, essencialmente, o proprietário invisível desse dispositivo. Ele pode ler dados de sensores, substituir comandos, usar o dispositivo como ponto de entrada em sua rede local ou simplesmente torná-lo indisponível a qualquer momento. É por isso que essa classe de vulnerabilidade destrói não apenas uma função, mas toda a confiança no produto.

Dados Sensíveis

Um foco especial é dado ao processamento e armazenamento de dados sensíveis. Quaisquer dados que possam identificar um usuário ou dar acesso à sua conta nunca devem ser armazenados em texto claro no dispositivo – apenas criptografados. Isso garante que, mesmo que um invasor obtenha acesso físico ao armazenamento do dispositivo ou a um banco de dados, ele verá apenas um conjunto de dados criptografados, inútil sem a chave de descriptografia.

Logs são um dos pontos mais comuns de vazamento de dados sensíveis. Um desenvolvedor pode incluir acidentalmente o conteúdo de uma solicitação, como um token de autorização, em uma saída de depuração. O serviço de mascaramento resolve esse problema automaticamente, atuando como um "filtro" na saída de qualquer chamada de log. Antes que os dados sejam registrados, eles passam por um conjunto de padrões (expressões regulares). Se um padrão corresponder, a parte sensível da string é substituída por uma máscara.

Por Que Cenários Menos "Espetaculares" Também São Importantes

Na prática, vulnerabilidades críticas frequentemente surgem de uma cadeia de erros, não de um único defeito. Portanto, cenários relacionados à escalada de privilégios, acesso a dados sensíveis ou peculiaridades no mecanismo de atualização de software continuam sendo focos de atenção. Protocolos de rede e interfaces de depuração também são analisados, não como vetores de ameaça cotidianos, mas como meios de testar a segurança do dispositivo em condições ampliadas.

A avaliação sempre considera o contexto de exploração: a realidade do cenário, as condições necessárias e as consequências potenciais para o usuário. Isso permite distinguir entre possibilidades teóricas e riscos práticos.

Bug Bounty: O Papel dos Pesquisadores Externos

A segurança de nossos dispositivos é um processo contínuo. Revisamos regularmente os riscos, atualizamos os mecanismos de proteção e verificamos se há novas ameaças a serem consideradas. Nossa equipe interna realiza parte desse trabalho. No entanto, após um longo período trabalhando com um produto, a perspectiva interna pode se tornar limitada. Por isso, frequentemente engajamos pesquisadores de segurança independentes ou realizamos testes de penetração externos. A tarefa deles é analisar o dispositivo sob a ótica de um invasor. Essa "visão externa" nos ajuda a aprimorar continuamente a segurança.

Para dispositivos inteligentes com Alice, uma categoria dedicada no programa "Bug Bounty" aborda essa questão. Eu a vejo como parte do ecossistema de engenharia de segurança em torno dos dispositivos. A categoria evolui com a tecnologia: à medida que a arquitetura se torna mais complexa, os vetores de ameaça, as categorias e os critérios de avaliação são refinados.

Este ano, as regras da categoria foram complementadas e estruturadas de forma mais transparente, principalmente em relação aos tipos de vulnerabilidades consideradas tecnicamente significativas e como seu impacto é avaliado. Paralelamente, os pagamentos por descobertas mais críticas foram aumentados. Do ponto de vista da engenharia, este é um passo lógico: quanto maior o efeito potencial de uma vulnerabilidade no ecossistema do dispositivo, maior o valor de sua detecção precoce.

Segurança não é um item a ser marcado uma vez antes do lançamento de um dispositivo. As ameaças mudam, novas formas de ataque surgem, pesquisadores encontram vulnerabilidades em produtos similares, e o próprio ambiente em que o dispositivo opera se transforma. O que era seguro há um ano pode exigir revisão hoje. É por isso que não paramos no momento do lançamento.

Mesmo uma equipe interna de segurança robusta não deve trabalhar isoladamente. Na minha prática profissional, o "Bug Bounty" é uma forma de adicionar uma perspectiva externa e independente à visão interna. Os bug hunters analisam o sistema de forma diferente, testam hipóteses não convencionais e ajudam a identificar pontos fracos em estágios iniciais.

No entanto, a segurança não depende apenas do fabricante. Portanto, lembro das regras básicas: use senhas fortes e únicas para o dispositivo e contas associadas, além de autenticação de dois fatores. Quanto ao resto, pode ter certeza: ao conectar um dispositivo à sua rede e integrá-lo ao seu dia a dia, a confiabilidade dele não se baseia em uma descrição bonita na caixa, mas em um trabalho real e contínuo. Não esperamos que algo dê errado – nos esforçamos para garantir que não dê.