简介
最近入手了ChipWhisperer的CW308 的底板，方便进一步学习侧信道攻击，详见官网介绍：https://rtfm.newae.com/Targets/CW308 UFO/
有了底板之后就可以自从官方的github仓库中 https://github.com/newaetech/chipwhisperer-target-cw308t 获取pcb源码，自己打板制作更多的目标板了，打板pcb可以白嫖嘉立创，每月两次免费打板机会（规则貌似是：如果上月消费<20，那么两次免费打板仅限于立创EDA的工程文件，上月消费>=20，那么免费打板没有这个限制，具体以官方说明为准）
虽然嘉立创免费打板可能要受限于要立创EDA设计，但是基于ChipWhisperer开源的Altium Designer的工程文件和原理图，还是可以自己将AD工程移植为立创EDA工程
CW308T_AVR使用
照着官方的原理图和实物图 https://github.com/newaetech/chipwhisperer-target-cw308t/tree/main/CW308T_AVR，自己用立创EDA也画了个CW308T_AVR，然后白嫖了一波嘉立创。之所以选AVR这个，是因为这个工程足够简单，元器件和导线数就没多少，适合像我这样不懂pcb设计的萌新。此外，还有另外一个原因是：之前用面包板和atmega 328p搭了个arduino最小系统去解一道硬件CTF题，虽然当时成功了，但是抓取的波形属实难看的离谱，想看看用CW308T_AVR去解那道题会有什么效果
下图为官方CW308T_AVR实物图，基本上没多少元器件，也就4个电阻和3个电容还有一个atmega328p
在移植CW308T_AVR过程中，才发现原来atmega328p 3.3v供电也可以正常运行，只不过时钟频率需要变为8mhz，而16mhz对应的为5v电压
在反复查看官方原理图过程中，也终于明白，在给Vcc串联一个电阻后是怎么测电压的，实际上也并没有直接测串联的小电阻两端的电压，而是相当于测atmega328p两端的电压，这样也就避免了因为共地直接测电阻两端电压会导致短路的问题，官方原理图如下
接下来以官方的这个jupyter notebook https://github.com/newaetech/chipwhisperer-jupyter/blob/master/courses/sca101/Lab%205_1%20-%20ChipWhisperer%20CPA%20Attacks%20in%20Practice.ipynb 为例，摸索CW308T_AVR的使用方法
首先是PLATFORM选择问题，经过测试应该选'CW301_AVR'，而不是'CW308_AVR'（没有这个）
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4SCOPETYPE = 'OPENADC'
PLATFORM = 'CW301_AVR'
CRYPTO_TARGET='TINYAES128C'
SS_VER='SS_VER_1_1'编译方面保持原来的即可
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3%%bash -s "$PLATFORM" "$CRYPTO_TARGET" "$SS_VER"
cd ../../../hardware/victims/firmware/simpleserial-aes
make PLATFORM=$1 CRYPTO_TARGET=$2 SS_VER=$3然后就是第一个坑了，这里不能再选
%run "../../Setup_Scripts/Setup_Generic.ipynb"，而是应该选%run "../../Setup_Scripts/Setup_Notduino.ipynb"，原因是Setup_Generic.ipynb中没有关于AVR的配置，如下图
实际上Setup_Notduino.ipynb中主要起作用的就是下图部分
接着添加以下代码（也可添加在Setup_Notduino.ipynb中），不然，后面烧录编译后的文件到目标板时，会问题
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prog = cw.programmers.AVRProgrammer
烧录编译的固件，出现Verified flash OK则为正常
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3# If you need to program - run this
fw_path = '../../../hardware/victims/firmware/simpleserial-aes/simpleserial-aes-{}.hex'.format(PLATFORM)
cw.program_target(scope, prog, fw_path)
接着修改，samples数和偏移如下
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2scope.adc.samples=4000
scope.adc.offset=0动态画图
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2%run "../../Helper_Scripts/plot.ipynb"
plot = real_time_plot(plot_len=24000)抓取波形
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23import time
from tqdm import tnrange
ktp = cw.ktp.Basic()
#Set your project name here
project = cw.create_project("projects/lab51_examplecpa", overwrite = True)
#Set your number of traces here
num_traces = 250
for i in tnrange(num_traces, desc='Capturing traces'):
key, text = ktp.next() # manual creation of a key, text pair can be substituted here
trace = cw.capture_trace(scope, target, text, key)
if trace is None:
continue
project.traces.append(trace)
#Send every 10th trace?
if i % 10 == 0:
plot.send(trace)
time.sleep(0.1)
project.save()如下图，可以看到，官方的例子，抓取的波形还是很清晰明了的
最后也成功恢复出了AES密钥，实际上这里只需抓取25条能量迹就可以恢复出AES密钥而不用250条
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5import chipwhisperer.analyzer as cwa
#pick right leakage model for your attack
leak_model = cwa.leakage_models.sbox_output
attack = cwa.cpa(project, leak_model)
results = attack.run(cwa.get_jupyter_callback(attack))
用官方例子验证完目标板没有问题后，就尝试用来解之前硬件CTF Rhme-2016的piece_of_scake题，详见：https://github.com/Riscure/Rhme-2016
烧录piece_of_scake固件
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3# If you need to program - run this
fw_path = 'Rhme-2016/challenges/binaries/piece_of_scake/piece_of_scake.hex'
cw.program_target(scope, prog, fw_path)
设置串口波特率，貌似piece_of_scake.hex固件中是按16mhz编译的，而实际在ChipWhisperer中，时钟频率为7384615，然后就导致串口波特率还有休眠函数delay变慢了，需要重新计算波特率，公式：7.38mhz/16mhz * orgin_baud
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target.baud=7384615.384615385/16000000*19200
事实上实际波特率，还可以先烧一个不断往外发串口信息的固件，然后用逻辑分析仪，抓取波形，计算得到。下图为烧录一个以19200波特率不断往外发数据的arduino程序，实际波特率计算方式，寻找间距最小的峰，下图最小间距的峰为112.667us，所以频率为1 / 112.667 * 1e6 = 8875.7 bps
chipwhisperer官方中也有提到类似的问题 https://forum.newae.com/t/cw1173-errortarget-did-not-ack/1757/3
设置好正确波特率后，就可以与atmega328p正常通信了，按找'e'+16个字节数据的方式即可进行加密，这里可以用chipwhipserer的target.write函数来发送串口信息，不过有个问题是chipwhisperer的target.read函数返回的为str类型而不是bytes类型，导致乱码，直接用encode也不能得到正确的bytes数组，所以最后用一个usb转串口来配合串口通信
同样波特率需要重新计算，将usb转串口的Rx、Tx接到CW308T底板上的Rx和Tx即可
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3from serial import Serial
import time
s=Serial('/dev/cu.wchusbserial1410', baudrate=7384615.384615385/16000000*19200)
此时，可以正确获得加密后的结果，
这里之所以不用usb转串口发送数据，而是还是使用chipwhisperer发送数据的原因是，usb转串口发送的数据，atmega328p没有返回（原因未知），所以这里一个发一个接收正好互补（原因应该是Rx和Tx接反了，CW308T底板的Rx Tx是atmega328p的Rx Tx而不是cwlite攻击板的Rx Tx，所以正确接法是usb转串口的Rx接CW308T底板的Tx，Tx接Rx）
接着设置采样samples数，还有触发信号引脚设为tio4，同时：chipwhisperer中用一根杜邦线将GPIO4（10）和SCK（12）连在一起，这样原因是SCK（12）连接的是atmega328p的19引脚，而之前的分析中，AES加密前会在19引脚有信号输出
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5scope.adc.samples=24000
scope.clock.adc_src='clkgen_x4'
scope.adc.offset=0
scope.adc.presamples=0
scope.trigger.triggers = "tio4"
动态画图
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2%run "../../Helper_Scripts/plot.ipynb"
plot = real_time_plot(plot_len=24000)仿照官方例子，可以实现以下抓取波形代码
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36from tqdm import tnrange
import numpy as np
import time
ktp = cw.ktp.Basic()
key, text = ktp.next()
# key=bytes([0]*16)
key=bytes([0xaf, 0x23, 0xd5, 0x45, 0xa0, 0xea, 0xe6, 0xa0, 0x74, 0x65, 0x96, 0xca, 0xce, 0x51, 0xf0, 0xf7])
target.simpleserial_write('k', key)
trace_array = []
textin_array = []
textout_array=[]
proj = cw.create_project("projects/piece_of_scake", overwrite=True)
N = 50
for i in tnrange(N, desc='Capturing traces'):
scope.arm()
target.write(b"e"+bytes(text))
ret = scope.capture()
r=s.read_all()
while len(r)==0:
r=s.read_all()
if ret:
print("Target timed out!")
continue
trace = scope.get_last_trace()
if i % 10 == 0:
plot.send(trace)
print(r.hex())
trace_array.append(trace)
proj.traces.append(cw.common.traces.Trace(trace, text, r,key))
textin_array.append(text)
key, text = ktp.next()
proj.save()效果如下，这里波形中不能很明显看出AES的位置，可能还是时钟频率不一致导致的
按如下更改采样参数后，可以抓到如下的波形图，可以看到有几个差不多的峰形，推测就是AES的每轮循环
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2scope.adc.samples=24000
scope.clock.adc_src='clkgen_x1'
放大第一个峰形状的结果如下，看起来效果还不错
最后按如下修改参数，因为第一个峰结束位置差不多就在6-7000附近，当然保持24000也可，但计算会变慢，而且效果会变差些
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scope.adc.samples=8000
最后，如下图，可以看到只需很少能量迹，实际上25条就可以恢复出AES密钥，比之前在面包板上的方式（500条）要少得多
总结
- 通过移植CW308T_AVR和使用CW308T_AVR解CTF题过程中，对侧信道攻击有了进一步了解，也对ChipWhisperer的用法有了进一步了解