דלתות אחוריות בשבבים: הערכת איומי חומרה נסתרים

---
# דלתות אחוריות בשבבים: הערכת האיום באבטחת חומרה מודרנית
<!-- chip-backdoors-assessing-the-threat-in-modern-hardware-security -->
---

ככל שהמוקד באבטחת מידע נע ממיקוד ב-תוכנה בלבד אל עבר שכבת החומרה, גובר החשש מפני דלתות אחוריות בשבבים. בשנת 2018 פרסם Bloomberg Businessweek כתבה שטענה כי מרגלים סינים החביאו דלתות אחוריות בלוחות אם ששימשו לקוחות יוקרתיים, וביניהם משרד ההגנה של ארה״ב. אף שהטענות הוכחשו נמרצות, הדיון עורר עניין נרחב ובדיקות מעמיקות של פגיעויות חומרה.

“דלת אחורית בשבב” (Chip Backdoor) היא החלטת תכנון מכוונת או החדרה סמויה המאפשרות גישה לא-מורשית או שליטה בשבב. ברשומה זו נסביר את האיום, נסקור דוגמאות מהעולם האמיתי, נציג יוזמות מחקר, ונביא קוד לדוגמה הממחיש טכניקות סריקה וניתוח פלט באמצעות Bash ו-Python.

---

# תוכן העניינים
1. [הקדמה לדלתות אחוריות בחומרה](#introduction-to-hardware-backdoors)  
2. [הבנת נוף האיומים](#understanding-the-threat-landscape)  
   ‑ [פרספקטיבה היסטורית: Spectre, Meltdown ועוד](#historical-perspective-spectre-meltdown-and-beyond)  
   ‑ [פגיעויות חומרה לעומת תוכנה](#hardware-vs-software-vulnerabilities)  
3. [דלתות אחוריות בשבבים: הגדרות וסיווג](#chip-backdoors-definitions-and-classification)  
   ‑ [דלת אחורית או כשל תכנון? ויכוח סמנטי](#backdoor-vs-design-flaw-a-semantic-debate)  
   ‑ [טרויאנים בחומרה ומצבי Debug](#hardware-trojans-and-debug-modes)  
4. [דוגמאות מהעולם האמיתי](#real-world-examples-of-chip-backdoors)  
   ‑ [מחקר A2 – חומרה זדונית אנלוגית](#case-study-a2-analog-malicious-hardware)  
   ‑ [ניצול מצב Debug: תקיפת שבב כרטיס חכם](#debug-mode-exploitation-smartcard-security-chip-glitch)  
5. [הערכת האיום ומזעורו](#assessing-and-mitigating-the-threat)  
   ‑ [טכניקות לגילוי אנומליות](#techniques-for-detecting-anomalies)  
   ‑ [אבטחת שרשרת אספקה וחוק CHIPS](#supply-chain-security-and-the-chips-act)  
6. [סריקה ובדיקה של דלתות אחוריות](#scanning-and-testing-for-hardware-backdoors)  
   ‑ [מימוש סקריפט Bash לסריקה בסיסית](#implementing-a-bash-script-for-basic-chip-scanning)  
   ‑ [ניתוח פלט שבב ב-Python](#parsing-chip-output-with-python)  
7. [ממתחילים למתקדמים: מפת דרכים לחוקרים](#from-beginner-to-advanced-a-roadmap-for-researchers)  
8. [סיכום](#conclusion)  
9. [מקורות](#references)  

---

# הקדמה לדלתות אחוריות בחומרה
<!-- introduction-to-hardware-backdoors -->

דלתות אחוריות בחומרה הן פגיעויות חבויות במעגלים משולבים (IC) או בשבבונים (Chiplets) שמוכנסות בכוונה בשלב התכנון או הייצור. בעוד פגיעויות תוכנה כמו נוזקות ותוכנות כופר זוכות לכותרות, פגמי חומרה עלולים להיות מסוכנים אף יותר, משום שקשה לאתרם ולתקנם.

הרעיון המרכזי הוא להשאיר “סדק” הניתן לניצול במערכת לכאורה מאובטחת, אשר יאופשר בעתיד בידי תוקף. הדלת יכולה להיות מובנית ב-IP של השבב כבר בשלבי התכנון, מוחדרת במפעל הייצור, או מסתתרת במצב Debug של השבב. מכיוון ששבבים הם יסוד-היסודות של כל מכשיר מודרני—from סמארטפונים ומחשבים ועד תשתיות קריטיות—הסיכון עצום.

---

# הבנת נוף האיומים
<!-- understanding-the-threat-landscape -->

## פרספקטיבה היסטורית: Spectre, Meltdown ועוד
<!-- historical-perspective-spectre-meltdown-and-beyond -->

בשנת 2018 חשיפת Spectre ו-Meltdown—שניצלו ביצוע ספקולטיבי ו-Branch Prediction—הדגימה כיצד ארכיטקטורת חומרה עלולה לחשוף סודות. למרות שמדובר בכשלים ולא בדלתות אחוריות מכוונות, האירוע זעזע את התעשייה.

טכניקות לשיפור ביצועים עלולות לפתוח שטח תקיפה. באופן דומה, דלת אחורית יכולה להיתפס כתוצאה לא-צפויה או כהחלטה מכוונת. הוויכוח נמשך: האם פגיעויות כאלה הן בגדר דלת אחורית?

## פגיעויות חומרה לעומת תוכנה
<!-- hardware-vs-software-vulnerabilities -->

בעוד שפגיעויות תוכנה ניתנות לרוב לתיקון בעדכון, כאשר הפגם טמון בחומרה—ב-DNA של המכשיר—תיקון עשוי להיות בלתי-אפשרי. דלת אחורית בשבב עלולה:

• לאפשר גישה רציפה לתוקפים  
• להסתתר במאפיינים אנלוגיים סמויים  
• לנצל חולשות בשרשרת האספקה הגלובלית  

---

# דלתות אחוריות בשבבים: הגדרות וסיווג
<!-- chip-backdoors-definitions-and-classification -->

## דלת אחורית או כשל תכנון? ויכוח סמנטי
<!-- backdoor-vs-design-flaw-a-semantic-debate -->

האם פגיעות כמו Spectre הן “דלת אחורית” או “כשל תכנון”? זהו ויכוח בעל השלכות מדיניות ומסחריות.

הבדלים עיקריים:  
• כוונה: דלת אחורית מוכנסת בכוונה; כשל תכנון הוא השמטה.  
• השפעה: דלתות אחוריות מתוכננות להיות חמקמקות ורבות-עוצמה.  
• תיקון: פגמי תוכנה ניתנים לעדכון; דלתות אחוריות בחומרה דורשות ריקול יקר או ייצור מחדש.  

## טרויאנים בחומרה ומצבי Debug
<!-- hardware-trojans-and-debug-modes -->

Hardware Trojan הוא שינוי זדוני במעגל המשולב, הרדום עד ש-Trigger מסוים מפעיל אותו. במחקר “A2” הוכח כי גם שער לוגי בודד מספיק לטרויאני חמקני.

לרוב לשבבים יש מצבי הפעלה שונים:  
• מצב Debug – לאבחון בתהליך הייצור, אך עלול לחשוף נתונים רגישים.  
• מצב Manufacturing – “פתוח לרווחה” לבדיקות; אמור להינעל לאחר מכן.  
• פגמי מעבר – תוקף מנוסה יכול להחזיר את השבב למצב לא-מאובטח.  

דוגמה: בשנת 2010 הדגים Christopher Tarnovsky כיצד “Glitching” מכניס שבב כרטיס חכם מ-Secure ל-Debug, וחושף מפתחות.

---

# דוגמאות מהעולם האמיתי
<!-- real-world-examples-of-chip-backdoors -->

## מחקר A2 – חומרה זדונית אנלוגית
<!-- case-study-a2-analog-malicious-hardware -->

מחקר 2016 מאוניברסיטת מישיגן תיאר טרויאן המשתלב בטביעת האצבע האנלוגית של השבב באמצעות שער בודד:  

• חמקנות – קשה לגילוי בבדיקות לוגיות רגילות.  
• מנגנון Trigger – אותות אנלוגיים רגישים לסביבה.  
• ישימות – העקרונות ניתנים לשכפול בשבבים מסחריים אם ההחדרה נעשית בשלבי התכנון.  

## ניצול מצב Debug: תקיפת שבב כרטיס חכם
<!-- debug-mode-exploitation-smartcard-security-chip-glitch -->

ב-2010 הראה Tarnovsky כיצד “גליצ’ינג” מכניס שבב כרטיס חכם למצב Debug ומדליף מפתחות. המקרה מדגים את הדילמה: תכונות בדיקה חיוניות—אך חושפות סיכונים חמורים.

---

# הערכת האיום ומזעורו
<!-- assessing-and-mitigating-the-threat -->

## טכניקות לגילוי אנומליות
<!-- techniques-for-detecting-anomalies -->

1. ניתוח התנהגותי – השוואת שבבים מאותה סדרה לזיהוי חריגות.  
2. בדיקות לוגיות – סימולציות מעמיקות לאיתור לוגיקה “לא צפויה”.  
3. ניתוח ערוצים צדדיים – מדידת צריכת חשמל/פליטות EM.  
4. כלי אימות אוטומטיים – מבוססי CWE וכד’.  

## אבטחת שרשרת אספקה וחוק CHIPS
<!-- supply-chain-security-and-the-chips-act -->

שרשרת האספקה הבינלאומית מסבכת את הזיהוי. חוק CHIPS 2022 נועד להחזיר ייצור לארה״ב, אך איומי פנים, ריגול ו-IP חיצוני עדיין בעייתיים. תקן SA-EDI של Accellera מציע שקיפות ב-IP, אך התעשייה מסכימה: יידרשו זמן ושיתוף פעולה נרחב כדי לאבטח באמת.

---

# סריקה ובדיקה של דלתות אחוריות בחומרה
<!-- scanning-and-testing-for-hardware-backdoors -->

גם אם המשימה מורכבת, סריקות אוטומטיות יכולות לחשוף אנומליות.

## מימוש סקריפט Bash לסריקה בסיסית
<!-- implementing-a-bash-script-for-basic-chip-scanning -->

```bash
#!/bin/bash
# chip_scan.sh
# סריקה סימולטיבית של קובץ לוג משבב.

if [ "$#" -ne 1 ]; then
    echo "Usage: $0 path_to_chip_log.txt"
    exit 1
fi

LOG_FILE="$1"

if [ ! -f "$LOG_FILE" ]; then
    echo "Error: File '$LOG_FILE' not found."
    exit 1
fi

echo "Scanning chip log for abnormal debug mode flags and potential backdoor indicators..."

grep -E "DEBUG_MODE|TEST_MODE|BACKDOOR_TRIGGER" "$LOG_FILE"

ANOMALY_COUNT=$(grep -Eic "DEBUG_MODE|TEST_MODE|BACKDOOR_TRIGGER" "$LOG_FILE")
echo "Total anomalies found: $ANOMALY_COUNT"

echo "Scan complete."

ניתוח פלט שבב ב-Python

#!/usr/bin/env python3
"""
chip_parser.py
ניתוח לוג דיאגנוסטי משבב לזיהוי אנומליות.
Usage: python3 chip_parser.py /path/to/chip_log.txt
"""
import sys, re

def parse_log(path):
    anomalies = []
    patterns = {
        "debug_mode": re.compile(r"DEBUG_MODE"),
        "test_mode":  re.compile(r"TEST_MODE"),
        "backdoor":   re.compile(r"BACKDOOR_TRIGGER")
    }
    with open(path) as f:
        for line in f:
            for k, p in patterns.items():
                if p.search(line):
                    anomalies.append((k, line.strip()))
    return anomalies

def main():
    if len(sys.argv) != 2:
        print("Usage: python3 chip_parser.py /path/to/chip_log.txt")
        sys.exit(1)
    log = sys.argv[1]
    try:
        anomalies = parse_log(log)
        print("Anomaly Report:\n----------------")
        if anomalies:
            for t, msg in anomalies:
                print(f"{t}: {msg}")
            print("\nTotal anomalies detected:", len(anomalies))
        else:
            print("No anomalies detected.")
    except Exception as e:
        print("Error processing log file:", e)
        sys.exit(1)

if __name__ == "__main__":
    main()

ממתחילים למתקדמים: מפת דרכים לחוקרים

רמה מתחילה

הבנת ארכיטקטורת חומרה בסיסית
היכרות עם פגיעויות חומרה נפוצות
לימוד מצבי Debug ופרוטוקולי בדיקה
הקמת מעבדה עם לוג’יק אנלייזר ו-Side-Channel Kit

רמה בינונית

עיון במחקרים כמו “A2”
התנסות בסימולציות וכלי אימות פורמליים
כתיבת סקריפטים ב-Bash וב-Python לאוטומציה
חקר אתגרי שרשרת אספקה ו-SA-EDI

רמה מתקדמת

מחקר עצמאי: גילוי טרויאנים בשיטות אנלוגיות
פיתוח מסגרות גילוי אנומליות מבוססות ML
שיתופי פעולה לתקנון אבטחת IP
מעקב אחר רגולציות מתפתחות (CHIPS Act)

סיכום

דלתות אחוריות בשבבים הן איום משמעותי בעולם שבו חומרה היא בסיס למערכות קריטיות. מפרצות כמו Spectre ועד טרויאנים אנלוגיים, התוקפים מחפשים את החוליה החלשה בשרשרת התכנון.

הסתמכות על Chiplets מוסיפה מורכבות מעקב, ולכן אבטחת שרשרת האספקה ובדיקות קפדניות חיוניות. בין אם אתם מתחילים עם סקריפטי אבחון או חוקרים מתקדמים המפתחים מסגרות גילוי, הבנת דלתות אחוריות היא תנאי לביצור התשתית הגלובלית.

הדוגמאות לעיל—סקריפט Bash וסקריפט Python—מראות כיצד ניתן למנף נתוני דיאגנוסטיקה לזיהוי איומים פוטנציאליים. בסופו של דבר, הגנת שכבת החומרה היא אחריות קולקטיבית הדורשת חדשנות, שקיפות ושיתוף פעולה.