Что такое иммобилайзер и как он работает?
Заводскими иммобилайзерами автомобили зарубежного производства начали оснащаться примерно с 1995 года, а отечественные с 2000 года. Большинство систем состоят из:
Транспондера — микросхемы радиочастотной идентификации (далее чип), расположенного внутри ключа зажигания.
Считывающей катушки в виде пластмассового кольца на замке зажигания.
Электронного блока (иммо), предназначенного для обработки и хранения кода записанных ключей.
Блока управления двигателем (ECU).
Для автомобилей группы VAG (Audi, WV, Seat, Skoda) характерно совмещение иммобилайзера с приборной панелью. Исключение составляют автомобили более ранних годов выпуска, где иммобилайзер представляет собой отдельную коробочку (immobox) размером с пачку сигарет, размещенную недалеко от замка зажигания. В автомобилях других производителей возможно как совмещение функций иммо с бортовым компьютером, так и разделение функций на две части: на замке зажигания расположен усилитель сигнала катушки, а обработка кода производится или в блоке управления двигателем или отдельным блоком иммо.
Работа иммобилайзера организована следующим образом: при включении зажигания блок иммобилайзера на короткое время подает высокочастотный сигнал на катушку связи с чипом ключа и ждет код ответа через эту же катушку. Через этот высокочастотный сигнал и осуществляется питание и связь с чипом в ключе. В некоторых системах иммо передает и уникальный код запроса, говорящий чипу ключа о том, что чтение производится «родным» автомобилем (практически все европейские и японские автомобили с 2000 года). В ответ чип отправляет свой персональный код. Принятый код сравнивается с кодами записанных ключей в памяти иммобилайзера, и если он совпадает, то устанавливается связь между иммобилайзером и блоком управления двигателем. Связь происходит в цифровом виде или по К-линии или по шине CAN и представляет собой запрос-ответ. ECU передает иммо 4 байта случайного числа, иммо шифрует эти байты определенным образом и отдает 4 байта ответа обратно моторному блоку. Если все происходит правильно, то разрешается запуск двигателя. Если на каком либо этапе происходит сбой, двигатель заводится и сразу глохнет. Прерывается как работа бензонасоса, так и импульсы на форсунки и подача искры на свечи. Запрет запуска идет на программном уровне.
В случае утери ключей зажигания, замена самого замка не решает проблемы. Электроника не даст запустить двигатель. Так как же быть? Существуют несколько способов победить сложившуюся ситуацию. Для ВАЗов самое простое решение, это замена ECU. В магазины поставляются «чистые» блоки управления двигателем, тоесть функция иммобилайзера не активирована. Так же возможно перепрошить родной ECU и избавить владельца авто от покупки довольно дорогого блока. Надо учесть, что при деактивации иммо на Калинах и Приорах, утрачиваются функции управления со штатного брелка! Поэтому что бы полностью восстановить работоспособность системы, надо очистить и память иммобилайзера, а после обучить новые ключи.
С иномарками немного сложнее, так как для записи новых ключей используется специальное оборудование. Иногда возможно подобрать блок управления из другого региона поставок. Например, Мицубиси Паджеро вплоть по 2000 год выпуска, поставляемые в Арабские Эмираты, в своей комплектации иммо не имели. Американские варианты европейских и японских авто то же зачастую шли без иммобилайзеров. Опять же, что бы не заниматься поисками другого ECU, можно его перепрограммировать, используя прошивку аналогичного блока, но без иммобилайзера. Второй вариант, это установить эмулятор работы иммобилайзера и чип в ключе на работу иммо уже влиять не будет. Этот метод работает только в иммо первого и второго поколения. Третий способ самый дорогостоящий и нецелесообразный. Нужно заменить блоки (ECU+IMMO+ключ или транспондер) на обученные работать в связке от другой машины. Если, например, на Гольф 4 1998 года выпуска переставить блок управления двигателем и приборную панель, то машина будет заводится ключом, приписанным к новой панели. В принципе работы иммобилайзера действует одно постое правило – не блок иммо адаптируется к ключу, а ключ к блоку иммо! Иными словами – логин иммо записывается в транспондер ключа, а не наоборот. И последний вариант, самый правильный и разумный — адаптировать новые ключи при помощи диагностического оборудования.
Вот как должна происходить запись новых ключей на автомобиль группы VAG по версии завода-изготовителя и дилеров. Дилер отсылает на завод номер иммобилайзера, указанный либо на бирке с ключами, либо прочитанный диагностической программой. На заводе по этому номеру из базы данных извлекают 4-х значный PIN-код и шифруют его с кодом этого дилера и конкретной датой, когда должно производиться программирование ключей. Полученный 7-ми значный логин отсылается дилеру. Дилер вводит 7-ми значный логин в диагностический прибор, который производит обратное преобразование. В иммобилайзер по диагностике отправляется 4-х значный логин. Иммобилайзер сверяет логин, полученный от диагностического оборудования с логином хранящемся в своей памяти, и разрешает запись ключа. Конечно, зная PIN-код, весь процесс привязки новых ключей происходит намного быстрее.
Ответы на часто задаваемые вопросы.
Я потерял ключи. Возможно ли решить проблему не на дилерской станции?
Да, на сегодняшний день есть методики привязки ключей без участия завода-изготовителя и дилера, даже если Вы не знаете PIN-код. Для этого существуют различные приспособления, программы и адаптеры, с помощью которых можно «вытянуть» логин из иммобилайзера неразбирая машины и легко прописать другие ключи. Ну и конечно без определенных навыков и опыта здесь не обойтись. Естественно ключики и замок с Вас!
Где взять новые ключи?
Новые ключи можно заказать через дилеров, либо у так называемых «ключников». А вообще можно адаптировать и не новые ключи. Главное что бы транспондер соответствовал модели иммобилайзера, с которым он будет работать, иначе прописать ключ будет невозможно, ну и естественно сам ключ зажигания должен подходить к замку. Как правило, б/у ключи покупают на разборах вместе с замком.
Решил самостоятельно установить сигнализацию с автозапуском. Как обойти иммобилайзер?
Обходить его не надо, а вот пожертвовать одним из «рабочих» ключей Вам придется. Нужно аккуратно разобрать ключик, достать из него транспондер и приклеить его к считывающей катушке на замке зажигания. Таким образом, иммобилайзер будет идентифицировать код якобы вставленного в замок ключа и никакого запрета на запуск двигателя не будет.
Машина длительное время стояла в гараже. АКБ разрядился. После установки нового аккумулятора машина заводиться и сразу глохнет. При включении зажигания на панели приборов мигает лампа иммобилайзера. Что можно сделать?
Самостоятельно ничего, так как сначала надо продиагностировать систему, а уж потом делать выводы. Причин здесь может быть несколько. Во-первых, могла слететь синхронизация между ECU и иммо. Во-вторых, иммо не может прочитать ключ. Довольно частый дефект. Причина – плохой контакт в разъеме считывающей катушки. В-третьих, иммобилайзер «забыл» ключи, значит придется заново их адаптировать. И конечно, могла слететь сама прошивка памяти блока иммобилайзера или панели приборов. Это самое неприятное, но поправимое. В любом случае надо обращаться к специалистам!
Автозапуск и обходчик иммобилайзера — кто и что это?
ЧАСТЬ 1 — ПРИНЦИП РАБОТЫ ИММОБИЛАЙЗЕРА
В автомобиле есть штатная противоугонная система — иммобилайзер.
Работает она следующим образом.
В ключе зажигания есть чип, с запрограммированным индивидуальным кодом.
Работает этот чип без батарейки, в электромагнитном поле.
В замке зажигания (под пластиковой накладкой) есть антенна
Она создает магнитное поле при включении зажигания (питая сам чип) и принимает сигнал с чипа.
Радиус магнитного поля — несколько сантиметров.
После включения зажигания, код считанный с чипа отправляется в электронный блок иммобилайзера/электронный блок управления двигателем.
В которых хранится индивидуальный код.
Если код чипа в замке зажигания совпадает с тем, который прописан в электронных блоках, то они разрешают запуск двигателя. (Подавая искру, топливо и т.д. при прокрутке)
Если код чипа в замке зажигания не совпадает, либо не прочитан (нет чипа, он находится слишком далеко и т.п.)
Электронные блоки блокируют запуск (отключены форсунки, искра, порой стартер и насос)
ЧАСТЬ 2 — ОБХОД ИММОБИЛАЙЗЕРА ПРИ УСТАНОВКЕ АВТОСИГНАЛИЗАЦИИ С ДИСТАНЦИОННЫМ ЗАПУСКОМ.
Как описано выше, для запуска автомобиля нужно имитировать наличие чипа возле антенны замка зажигания.
В случае если водитель с ключами находится вне автомобиля, используют следующие решения:
0) Программно удаляют иммобилайзер
Из минусов – можно запускать двигатель отверткой.
1) Оставляют ключ в замке зажигания
Максимально простой и опасный способ.
Без комментариев…
2) Извлекают из одного из ключей чип, и крепят его к замку зажигания изолентой
Способ не особо хорош, но им все еще пользуются в силу дешевизны и простоты.
Из реальных минусов.
Машину можно завести отверткой
Иммобилайзер думает что чип в замке всегда и продолжает пиликать при открытых дверях вечно.
3) Прописывают еще один чип в систему иммобилайзера
И крепят его изолентой к замку зажигания
Минусы такие же как и п.3
4) Извлекают из одного из ключей чип, укладывают его в обходчик иммобилайзера и подключают согласно схеме обходчика.
Довольно популярный способ, как и п 5.
5) Прописывают еще один чип в систему иммобилайзера, укладывают его в обходчик иммобилайзера и подключают согласно схеме обходчика.
6) Используют бесключевой обходчик иммобилайзера.
ЧАСТЬ 3 — ЧТО ТАКОЕ ОБХОДЧИК ИММОБИЛАЙЗЕРА?
Обходчик иммобилайзера — это дополнительный электронный блок, внутри которого размещена схема с реле, диодом и антенной, внутри которой уже размещают прописанный чип от автомобиля.
Обходчик с чипом размещен далеко от антенны замка зажигания, потому не считывается случайно.
Перед тем, как сигнализация включит зажигание и подаст питание на стартер, она подает питание (массу) на обходчик, тем самым его активируя.
Обходчик передает данные чипа лежащего внутри него на антенну замка зажигания, после чего электронные блоки разрешают запуск двигателя.
Физически сигнализация включает реле внутри обходчика, а оно в свою очередь соединяет антенну внутри обходчика (в которой чип) и антенну на замке зажигания, таким образом данные транслируются из блока обходчика на замок.
У обходчика иммобилайзера как правило 4 вывода.
1) Постоянный +12в питания (всегда должен быть на обходчике, обычно взять с блока самой сигнализации)
2) Приходящая масса с блока сигнализации, подачей массы на этот провод сигнализация активирует обходчик в нужные моменты
3) Провод на антенну замка зажигания
4) Провод на антенну замка зажигания
Провода на антенну полярности не имеют.
Порой встречаются самодельные обходчики, антенна на замке, антенна намотанная на чип. И к ним реле, которое активирует сигнализация.
Так порой делают при отсутствии обходчика, или при слабом сигнале иммобилайзера.
По подключению обходчика есть пара вариантов
1) Попроще. На замок зажигания, прямо сверху крепят еще одну антенну, либо наматывают десяток колец тонким проводом и крепят изолентой.
Способ быстрый, но при низких температурах или слабом сигнале прекращает корректно работать.
2) Посложнее. Вместо дополнительной антенны, режется один из проводов (любой из двух) штатной антенны, и в разрыв неё, подключается антенна иммобилайзера.
Такой способ подключения оптимален.
ЧАСТЬ 4 — ПОЧЕМУ МАШИНА НЕ ВИДИТ ДАННЫЕ С ОБХОДЧИКА?
Пойдем от популярного к менее популярному
А) Дополнительная антенна/катушка от обходчика, расположенная на замке зажигания имеет обрыв, большой зазор относительно замка зажигания, либо малое количество витков (должно быть не менее 10 витков вокруг пластиковой части замка зажигания)
Б) Криво лежит чип внутри иммобилайзера, он должен лежать перпендикулярно линиям антенны и максимально близко к ним.
В) Неисправен чип (можно временно подменить одним из исправных ключей для проверки)
Г) Отсутствует питание на обходчике (постоянный плюс, или же приходящий минус с сигнализации)
Д) Неисправен обходчик (трещина в пайке платы)
Так же, кроме классического обходчика существуют так называемые бесключевые обходчики иммобилайзера.
Отдельным модулем, либо встроенные в автосигнализацию.
В силу сложности цена таких изделий выше, соответственно используют их реже.
Данные блоки копируют код иммобилайзера, и воспроизводят его по команде сигнализации.
Актуальное устройство как в плане безопасности, так и в плане экономии (на иномарках чип/ключ цена легко может стартовать от 5000 рублей, при цене обходчика вдвое дешевле)
Транспондер иммобилайзера что это такое
Автомобильные транспондеры (чипы).
Что такое чип ключа автомобиля (транспондер).
Транспондер — это небольшой чип имеющий память, и не требующий непрерывного источника питания для содержания информации. Если рассматривать его с технической точки зрения, то это сердечник обмотанный кольцами из очень тонкой проволоки, как в электро моторе.
Виды транспондеров:
Есть несколько основных типа транспондеров. Тип чипа или транспондера, который используют ключи автомобиля, относится к пассивной RFID (радиочастотной идентификации), это означает, что его единственная функция — позволить считывать данные, которые они переносят в своей памяти. Эти чипы имеют разные формы и размеры, стекло или углерод и обычно не измеряют более 1 сантиметра.
Транспондеры электрического взаимодействия
Имеют высокую дальность передачи сигнала, которая исчисляется километрами, но они применяются в основном в системах самалетов и спутников. Но нас интересуют следующий тип транспондеров.
Транспондеры магнитного типа
Именно эти транспондеры и используются в автомобильных противоугонных системах. Они как правило устанавливаются в ключах автомобиля.
Как мы уже говорили ранее им не нужен постоянный источник энергии и работают они на частоте 125 кГц (килогерц). Эта низкая частота используется во многих системах контроля доступа. Далеко ходить не нужно самый простой пример транспондера вы найдете в сумке или кармане практически у каждого жителя многоквартирных домов, это обычный ключ от домофона.
Клонируемые транспондеры
Этот тип не содержит ранее запрограмированных заводом данных и копируют их и подготавливают специальными программаторами.
Запрограммированные транспондеры
Ну а с этими все просто, их заранее индивидуально программируют на заводе, и эти данные прописываются в блок иммобилайзера автомобиля специальным диагностическим оборудованием.
Принцип работы транспондера
Советы по уходу за вашим ключом с чипом
Вот несколько советов, которые следует учитывать при использовании вашего ключа.
— Никогда не пытайтесь запустить свой автомобиль другим ключом, который не запрограммирован или у которого нет чипа, поскольку во многих случаях система автомобиля может быть заблокирована, и это может стоить вам много времени и денег, чтобы разблокировать ее.
В некоторых случаях чипы сделаны из стекла, необходимо избегать бросать ключ или ударять по клавишам, так как вы можете сломать чип, и в этом случае необходимо будет запрограммировать новый.
— Не кладите ключи рядом с микроволновыми печами, так как они могут повредить чип.
Эти системы в настоящее время очень продвинуты, и если вам требуется дополнительная копия вашего ключа либо иметь запасной, либо потому, что вы потеряли тот, который у вас есть, необходимо пойти к специалистам, так как для программирования ключей с чипом требуются специализированные устройства.
Транспондер DST40: принцип работы, история появления и взлома, а также немного практики по брутфорсу
Давным-давно, ещё в девяностых годах прошлого века, набирающий обороты автомобильный рынок остро нуждался в появлении серьёзных противоугонных систем (далее по тексту — иммобилайзеров). Для автоугонщиков в те времена не было особых препятствий, мешавших завести двигатель механической копией ключа или даже совсем без ключа — простым замыканием проводов. Нужны были иммобилайзеры, способные значительно затруднить процесс старта двигателя и дальнейшего угона автомобиля без родного ключа зажигания.
Вот тогда и появилась на свет идея создания компактного радиомодуля (далее по тексту — транспондера), встраиваемого прямо в ключ зажигания автомобиля. В автомобиль же устанавливался иммобилайзер, общающийся с транспондером по радиоканалу. Иммобилайзер посылал в транспондер запрос, а транспондер отвечал неким кодом, без получения которого иммобилайзер не позволял запустить двигатель. Однако поначалу транспондеры всё равно были довольно примитивными, сравнительно легко клонируемыми устройствами. Достаточно было наличие радиоперехватчика и светлой головы на плечах, чтобы разобраться в алгоритме обмена и сымитировать ответ транспондера. Требовалось кардинальное изменение алгоритма общения иммобилайзера с транспондером.
Сегодня я расскажу вам про историю появления и последующего взлома одного из таких алгоритмов, а также поведаю о практических тонкостях процесса брутфорса секретного ключа шифрования.
Далее по тексту все картинки будут кликабельными, чтобы при желании их можно было детально рассмотреть.
Часть первая: Индеец Джо
Итак, спрос рождает предложение: постепенно на рынке начали появляться системы, использовавшие шифрование в процессе передачи данных по радиоканалу. Эти системы, по сути, выполняли процесс беспроводной идентификации владельца ключа. При этом секретный ключ, хранящийся в транспондере, не передавался в эфир в каком-либо виде, а использовался для криптографического «подписывания» запроса, полученного от иммобилайзера. Одну из таких систем разработали инженеры корпорации Texas Instruments. Разработанный ими транспондер получил название Digital Signature Transponder (сокращённо — DST).
Транспондер DST получился весьма малогабаритным, что позволило без особых проблем встраивать его в различные компактные токены: например, в автомобильные ключи зажигания или в брелки для ключей. На приведённой фотографии, в ручке возле лезвия, видно закрытое заглушкой отверстие, через которое транспондер помещается внутрь ключа. А использование в его конструкции схемы хеширования сделало процесс радиосниффинга совершенно бесполезным (до поры, до времени — но об этом чуть позже), потому что через эфир передавались настолько разные блоки данных, что логически проследить хоть какую-нибудь зависимость в них стало ну просто невозможно.
Состоит транспондер из следующих основных компонентов:
Алгоритм работы всей системы беспроводной аутентификации такой:
В дальнейшем уверенность производителей в безопасности транспондера продолжала крепнуть, так как долгое время алгоритм оставался невзломанным.
В результате транспондеры DST40 стали исключительно популярны. Их взяли на вооружение ряд крупных автомобильных корпораций (например, Toyota, Ford, Lincoln, Nissan и другие). Многие миллионы автомобилей, иммобилайзеры которых используют транспондеры DST40, постепенно наводнили не только рынки США, но и рынки других стран, активно импортирующих автомобили из США. Мало того, эти транспондеры также стали использоваться в системе бесконтактной оплаты SpeedPass, стремительно завоёвывающей различные фаст-фуды, супермаркеты, рестораны и бензозаправки в США.
Часть вторая: И грянул гром!
Всем давно известно, что индеец Джо остаётся неуловимым лишь до того момента, пока он никому не нужен. Так и в этой истории алгоритм DST40 оставался невзломанным лишь до тех пор, пока за него не взялись молодые, энергичные ребята.
Произошло это в 2004 году. К тому времени уверенность инженеров Texas Instruments в стойкости алгоритма DST40 стала настолько большой, что их просто распирало от гордости и от желания хоть с кем-нибудь поделиться своими достижениями. И они решили командировать одного из сотрудников немецкого подразделения компании — доктора Ульриха Кайзера — на четвёртую конференцию по AES с небольшим обзорным докладом о DST40. Именно этот доклад стал началом конца индейца Джо.
Дело в том, что на этой конференции присутствовал эксперт по криптографии, преподаватель Университета информационной безопасности Джонса Хопкинса (США), профессор Эви Рубин (Aviel D. Rubin). Ему было достаточно одного взгляда на общую схему алгоритма, чтобы увидеть в ней серьёзные прорехи в безопасности. Вот так выглядела эта схема:
Несмотря на то, что схема была весьма общей и в ней отсутствовали многие тонкие детали, намётанный глаз опытного криптографа сразу же зацепился за несколько уязвимостей: во-первых, было видно, что по каждому такту регистры ключа шифрования и запроса/ответа подвергались минимальным модификациям — всего лишь в одном бите. Во-вторых, было очевидно наличие «слабого» ключа шифрования, состоящего из одних нулей — в процессе хеширования он так и останется обнулённым до самого конца. Это открывало возможность проведения над транспондером различных криптоаналитических опытов, способных раскрыть его внутреннюю структуру. И, в-третьих, длина ключа составляла всего 40 бит, что по меркам 2004-го года было совершенно недостаточно, чтобы противостоять брутфорсу, выполняемому с помощью аппаратных средств.
Конечно же, Эви понимал, что крупную компанию, занимающую значительный сегмент в производстве подобных устройств, невозможно убедить в слабости и уязвимости алгоритма просто словами. Вот тогда ему и пришла в голову идея взломать DST40 на практике — что явилось бы самым неопровержимым аргументом. Прежде всего, он решил собрать команду из нескольких студентов университета. Он выбрал наиболее энергичных и способных парней, которым и предложил заняться этим делом: покопаться в алгоритме, а заодно и подтянуть теоретические знания и практические навыки по криптографии и криптоанализу. Так появилась на свет команда, в которую вошли (на приведённой фотографии в порядке слева-направо) Адам Стаблфилд (Adam Stubblefield), Эви Рубин (Aviel D. Rubin), Стивен Боно (Stephen C. Bono) и Мэтью Грин (Matthew Green).
Следующим шагом стало приобретение у Texas Instruments набора разработчика TI Series 2000 — LF RFID. В этот набор входил приёмо-передатчик для общения с транспондерами и несколько транспондеров, которые, впрочем, были совершенно бесполезны, так как не выполняли шифрование по алгоритму DST40. Так что нужные транспондеры парням пришлось приобрести отдельно.
Среди прочего, кстати говоря, в этот набор разработчика входило и программное обеспечение, позволявшее выполнять шифрование по алгоритму DST40. Однако парни, как они потом клятвенно заверяли всех присутствующих на симпозиуме USENIX, не стали дизассемблировать и дебажить код программы, чтобы добраться до нежно-розового тельца проприетарного алгоритма, так как это было запрещено лицензионным соглашением.
Вместо этого они решили использовать для взлома метод «предсказателя» или «чёрного ящика». Говоря простым языком, они стали проводить различные эксперименты, записывая в транспондеры разные ключи шифрования, а также передавая в них разные запросы и изучая полученные из них результаты хеширования.
Из схемы Кайзера было видно, что основой схемы шифрования является широко используемая в других алгоритмах шифрования сеть Фейстеля на логических элементах с фиксированными таблицами истинности. Для полного взлома алгоритма парням необходимо было решить три задачи:
Скажу только, что в результате парням удалось успешно решить все три задачи и восстановить полную схему соединений функциональных блоков, входящих в модуль шифрования DST40, включая таблицы истинности этих блоков. Причём следует заметить, что реальная функциональная схема оказалась не полностью соответствующей схеме Кайзера. Отличий обнаружилось несколько:
Мало того, обнаружилось, что результирующий хеш передаётся транспондером в эфир не полностью — не все 40 бит, а только 24 из них. Следствием этого является появление большого количества ложных результатов при дальнейшем переборе всех возможных комбинаций ключей шифрования. Однако это не стало слишком большой проблемой — достаточно было очередной найденный ключ проверить ещё раз, но уже с другой парой запрос/ответ. Если вторая проверка также давала совпадение, то ключ считался найденным.
Первым подопытным кроликом стал ключ зажигания от автомобиля Ford Escape SUV модели 2005 года, оснащённый именно таким транспондером. С помощью набора разработчика в ключ были переданы два случайных запроса и получены два соответствующих им ответа. Эти две пары запросов/ответов стали исходными данными, поданными на брутфорсер перед стартом перебора. Менее чем через час после старта перебора секретный ключ был успешно найден.
Следующим шагом стало изготовление симулятора этого транспондера, с помощью которого можно было бы завести данный автомобиль. За основу был взят компактный персональный компьютер, с установленной в него платой трансивера и подключенной к этой плате внешней антенной. Для обеспечения автономного питания всего железа использовался UPS с подключенным к нему блоком дополнительных аккумуляторов. В компьютере запускалась программа, которая через трансивер слушала эфир в ожидании поступления запроса от иммобилайзера. По приёму такого запроса программа выполняла его хеширование и передавала результат обратно в эфир. Для старта двигателя автомобиля использовалась механическая копия ключа зажигания, не содержащего в себе транспондера.
На приведённом ниже видеоролике Адам и Мэтью демонстрируют процесс старта двигателя с помощью симулятора: