Infección en BIOS, UEFI y derivados

1. Infección en BIOS, UEFI y
derivados
Desde el mito a la realidad
David Barroso
@lostinsecurity

2. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
#BadBIOS

3. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC

4. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC

5. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC

6. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC

7. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC

8. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
¿En qué capas puede ejecutarse código?
Ring 3
Userland
Ring 2
I/O
Ring 1
Drivers
Ring 0
Kernel
Ring -1
Hypervisor
Ring -1.5
Bootkits
Ring -2
SMM
Ring -2.5
BIOS/UEFI
Ring -3
Chipset

9. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Fuente: http://marlon-becerra.blogspot.com.es/2013/03/la-placa-
base-la-bios-etc.html

10. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Halt and catch fire - AMC

11. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Clean room – Chinese Wall

12. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Historia de la BIOS
• 1975: Gary Kildall utiliza la palabra BIOS para definir parte del boot de
CP/M (IMSAI 8080 - Altair 8800) (IBM - PC-DOS $40 vd CP/M $240)
• 1981: IBM Personal Computer (Ctrl+Alt+Del)
• 1983: PC/XT
• 1984: Phoenix PC ROM BIOS
• 1984: Award Software
• 1984: PC/AT incluye pila CMOS
• 1985: American Megatrends Incorporated (AMI)
• 1999: Coreboot/LinuxBIOS (ChromeBook)
• 2000: Intel crea EFI (Extensible Firmware Interface)
• 2004: Comunidad EFI Open Source (tianocore.org)
• 2005: Unified EFI (UEFI). Esfuerzo conjunto de la industria:
– AMD, American Megatrends, Apple, Dell, HP, IBM, Insyde, Intel, Lenovo,
Microsoft, Phoenix
• 2013: LibreBoot (Coreboot sin módulos propietarios)
• 2014: 233 miembros. UEFI 2.4b (Abril 2014)

13. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Legacy BIOS

14. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
UEFI

15. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Fuente: http://mike820324.blogspot.com.es/2011/06/simple-os-bootloader-part1.html

16. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Fuente: http://logica10mobile.blogspot.com.es/2012/10/la-revolucion-silenciosa-uefi-y-el.html

17. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
POST ( Power On Self Test) – Legacy
BIOS
1. Comprueba el procesador (CPU)
2. Verifica su código a través de checksums
3. Comprueba la memoria
4. Comprueba otros controladores (chips) de la placa madre
5. Comprueba que funcionan las interrupciones
6. Comprueba e inicializa los interfaces E/S e identifica los dispositivos conectados
7. Comprueba los puertos serie
8. Identifica los dispositivos que puedan tener BIOS propia (Option ROM)
9. Verifica su código usando checksums
10. Permite a esos dispositivos ejecutar su BIOS
11. Inicializa el área de la BIOS en memoria
12. Comprueba si existe algún dispositivo para arrancar un sistema operativo
13. Carga y ejecuta el MBR (0000h:7C00h)
14. Se ejecuta el boot loader que carga el kernel del sistema operativo

18. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
¿Por qué atacar la BIOS?
• Sobrevive al reinicio de la máquina
• No deja trazas en el disco
• Sobrevive a reinstalaciones del sistema operativo
• Difícil de detectar
• Difícil de eliminar
¿Quién analiza la BIOS? ¿Productos
de seguridad? ¿Antivirus?

19. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Primera infección de BIOS (1994-1995)
04/04/93: ROMs de AMI BIOS troyanizadas
supuestamente en su fábrica de Corea del Sur.
Sonaba ‘Cumpleaños Feliz’ cada 13 de
noviembre.

20. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
CMOSDEAD (1998)
• MS-DOS, infecta ficheros .COM
• Borra el contenido del CMOS
• Muestra imagen por pantalla y sonidos por el
altavoz
• Huevo de Pascua si el usuario resetea el
equipo con Ctrl-Alt-Del

21. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
CMOSDEAD (1998)
• MS-DOS, infecta ficheros .COM
• Borra el contenido del CMOS
• Muestra imagen por pantalla y sonidos por el
altavoz
• Huevo de Pascua si el usuario resetea el
equipo con Ctrl-Alt-Del

22. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
CIH – Chernobyl (1998)
• Afecta a Windows 9x (95, 98, Me)
• Autor: Chen Ing-hau (陳盈豪), estudiante en Taiwán.
• Motivo: como desafío ante las declaraciones de los antivirus
• Propagación: Wing Commander, CDs en revistas de informática,
• 60 millones de ordenadores infectados
• Infecta ficheros Windows PE (1kb)
• Rellenaba los primeros 1024kb del disco con ceros y sobreescribía
parte de la BIOS
• Activación: 26 de abril
• Hijos:
– Win32.Kriz (1999)25 diciembre
– Win95.Fonos (2000) Borra CMOS
o pone contraseña

23. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
CIH - Demonstración

24. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
IceLord & Sun Bing (2007)
• Afecta a Windows 2000, Windows XP, Windows 2003
• Award BIOS 6.0 PG
• Se analiza la herramienta WinFlash de Award y se
descubre un método para flashear la BIOS utilizando un
servicio del SMM
• Instala un nuevo ISA BIOS ROM que se ejecutará
cuando se ejecutan todas las PCI Expansion ROMs
• Top-Block Swap (Sun Bing, 2007): intel ICHx south
bridge.
– Cambia el top-block (boot block) con otro.
– Problema en el actualizador de BIOS
– Permite reflashear la BIOS

25. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Infección de Legacy BIOS (2009)
• Anibal Sacco, Alfredo Ortega
• Infección de BIOS Phoenix y Award
• Modifican la rutina de decomprensión de módulos de
la BIOS (LZH)
• Hace falta ‘flashear’ la BIOS con la versión infectada
• Modificación de archivos en disco:
– /etc/shadow
– Inyección de código en binarios de Windows
• Shellcode en 16 bits utilizando interrupciones de BIOS

26. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Mebromi/MyBIOS/BiosKits (2011)
• Primera versión: afecta a ordenadores que tengan instalados AV
chinos:
– Rising Antivirus
– Jiangmin KV Antivirus
• Basado en la idea de IceLord
• Instala un driver en el sistema (bios.sys) que accede a la zona de
memoria de la BIOS:
– Comprueba si la BIOS es Award ($@AWDFLA)
– Busca el puerto SMI (System Management Interrupt)
– Hace una copia de la BIOS en disco (C::bios.bin)
– Modifica el fichero bios.bin incluyendo un rootkit
– Borra la BIOS ROM y ‘flashea’ con el nuevo archivo troyanizado
• La nueva BIOS al arrancar infecta el MBR que a su vez inyecta
código en winlogon.exe y wininit.exe

27. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Mebromi/MyBIOS/BiosKits (2011)
Source: https://blogs.mcafee.com/mcafee-labs/bioskits-join-ranks-of-stealth-malware

28. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
BlackEnergy2 (2014)
• Plugin bs.dll: obtiene información de
– BIOS
– Motherboard
– Procesador
– OS
• Usa WMI, CPUID, win32 API
• SELECT Description, Manufacturer, Name, ProcessorId FROM
Win32_Processor
• SELECT Product, Manufacturer, Version FROM Win32_BaseBoard
• SELECT Name, OSArchitecture, Version, BuildNumber FROM
Win32_OperatingSystem
• SELECT SerialNumber, Description, Manufacturer,
SMBIOSBIOSVersion FROM Win32_BIOS

29. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Computrace (2005-)
• Búsqueda de equipos robados
• Presente desde que en 2005
Phoenix y Absolute hicieron un acuerdo
• PCI Option ROM
• Modifica Windows desde la BIOS instalando un nuevo servicio
y modificando el registro y varios archivos
• Capaz de funcionar con Bitlocker
• Soporta Windows 98, Windows XP, Windows Vista, Windows
7, Windows 8, Mac OS X > 10.6, Android > 2.3, Linux
• Otros: Phoenix Failsafe (SMM), Intel Anti-theft (vPRO)

30. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Modos de operación en x86
Modo de operación Sistema Operativo Address Size
Long mode 64-bit 64-bit 64 bits
Compatibility 32 bits
16 bits
SMM 16 bits
Legacy mode Protected 32-bit 32 bits
16 bits
Virtual 8086 16 bits
Real 16-bit

31. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
SMM – System Managed Mode
• Maneja eventos de hardware de bajo nivel (temperatura, power, etc.)
• Interesante: tiene un espacio de memoria (SMRAM) y entorno de
ejecución aislado que puede ser invisible en otros modos. Tiene acceso a
toda la memoria.
• Crear un nuevo handler SMM que sustituye a algún otro (ojo portátiles)
• Ataques:
– Loic Duflot (2006): escalada de privilegios en OpenBSD
– Phrack #65 y #66 (2008, 2009)
– BlackHat 2008: Keylogger y network backdoor
– Invisible Things Labs:
• 2008: Bug en Q35 BIOS
• 2009: VU#127284 espacio de memoria no protegido
• 2009: Caching attacks in SMM
– Gazet (2011) Buffer overflow en SMM cuando habla con el Keyboard Controller (KBC)
• Problema:
– Está en memoria, no sobrevive a reinicios
– Específico de hardware (direcciones de memoria)

32. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
ACPI – Advanced Configuration and
Power Interface
• John Heasman (2006)
• ACPI: tablas ACPI, registros ACPI,
• Modificación de las tablas ACPI de la BIOS y
reflasheo
• ACPI Machine Language (AML) malicioso que
interactua con la memoria del sistema y el
espacio de E/S
• Problemas:
– Intel SecureFlash o Phoenix TrustedCore

33. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
PCI Expansion ROM
• PCI, PCIe, Thunderbolt, ExpressCard, etc.
• John Heasman (2007)
• Se ejecuta código por parte de la BIOS en el arranque
• Se reprograma el EEPROM donde se encuentra
• PoC en tarjetas de red, PXE (TFTP+UDP)
• "If a Legacy card’ s option ROM code hooks INT 19h during its initialization
call it controls the boot process.”
• Arrigo Triulzi
– Project Maux (2007): infección firmware tarjetas de red
– Project Maux II (2008): infección de firmware nVidia GPU para usar su
memoria (128Mb) para infectar tarjetas de red
– Project Maux III (2009): persistencia en sectores de disco, módulos UEFI
– Project Maux IV( 2011): módulos UEFI maliciosos para infectar en firmware de
dispositivo
• Firmware : DEB (Harddisk, 2012), Delugré (Broadcom, 2010), Duflot
(Broadcom, 2010)

34. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
PCI Expansion ROM
• PCI, PCIe, Thunderbolt, ExpressCard, etc.
• John Heasman (2007)
• Se ejecuta código por parte de la BIOS en el arranque
• Se reprograma el EEPROM donde se encuentra
• PoC en tarjetas de red, PXE (TFTP+UDP)
• "If a Legacy card’ s option ROM code hooks INT 19h during its initialization
call it controls the boot process.”
• Arrigo Triulzi
– Project Maux (2007): infección firmware tarjetas de red
– Project Maux II (2008): infección de firmware nVidia GPU para usar su
memoria (128Mb) para infectar tarjetas de red
– Project Maux III (2009): persistencia en sectores de disco, módulos UEFI
– Project Maux IV( 2011): módulos UEFI maliciosos para infectar en firmware de
dispositivo
• Firmware : DEB (Harddisk, 2012), Delugré (Broadcom, 2010), Duflot
(Broadcom, 2010)

35. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
PCI Expansion ROM
• @snare 2012: Malicious Thunderbolt Option
ROM
– Problema: se cargan en la fase DXE y no puede
sobreescribir la ROM
• 2014 Thunderstrike (Trammell Hudson):
Malicious Option ROM que puede sobreescribir la
clave RSA con la que se firman las actualizaciones
de firmware porque se cargan las Option ROM en
arranque Recovery Mode

36. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
PCI Expansion ROM
• @snare 2012: Malicious Thunderbolt Option
ROM
– Problema: se cargan en la fase DXE y no puede
sobreescribir la ROM
• 2014 Thunderstrike (Trammell Hudson):
Malicious Option ROM que puede
sobreescribir la clave RSA con la que se firman
los firmware updates porque se cargan las
Option ROM en arranque Recovery Mode

37. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Ataque al proceso de actualización de
UEFI
• Wojtczuk y Atk (2009)
– Todo el código de actualización viene firmado, excepto algún fichero,
como la imagen que sale en el arranque (para los OEM)
– Buffer overflow en el parsing del fichero BMP de la imagen
• Kallenberg, Kovah, Butterworth, Cornwell (2013)
– Salto de Ring3 a ejecutar código en UEFI en Windows 8
– 4 Integer overflow (CVE-2014-4859, CVE-2014-4860)
– Difícil explotación
• Kallenberg, Kovah, Butterworth, Cornwell (2013)
– CVE-2013-3582: Buffer overflow en Dell Latitude que permite
reflashear la BIOS con una imagen maliciosa aunque se compruebe la
firma digital.
• Wojtczuk & Kallenberg - Dmytro Oleksiuk – (2015) Exploiting UEFI
boot script table vulnerability – Inyecta código que se ejecuta
después de un ACPI S3 resume

38. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Demo ataque

39. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
¿Qué ha pasado entre 2008 y 2013?

40. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Virtualización
• Subvirt (Microsoft Research, 2006): Virtual PC, VMWare
– VMBR: Virtual Machine Based Rootkits
– Virtualiza’ el sistema operativo y lo controla con un hypervisor
• BluePill (Rutkowska, 2006): explota extensiones SVM (Secure Virtual
Machine) de AMD
– ‘Virtualiza’ el sistema operativo y lo controla con un hypervisor
– No modifica ni la BIOS, ni sectores de arranque (MBR/VBR)
– No sobrevive al reinicio
• Vitriol (Dino A. Dai Zovi, 2006): explota VT-x de Intel
• ‘Virtualiza’ el sistema operativo y lo controla con un hypervisor
– Rootkit para OSX
• Vulnerabilidades en VMWare (Sun Bing, 2007)
• Rutkowska:Inyección de código en Intel Q35 (AMT – Active Management
Technology)
• Rutkowska, Wojtczuk (2011): Atacando Intel TXT y VT-d (controlar el
hypervisor)

41. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Fuente: http://mike820324.blogspot.com.es/2011/06/simple-os-bootloader-part1.html

42. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Fuente: http://logica10mobile.blogspot.com.es/2012/10/la-revolucion-silenciosa-uefi-y-el.html

43. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Bootkits
Fuente: ESET
DOS Boot
Virus

44. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Clasificación de Bootkits ‘clásicos’
Fuente: ESET

45. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
SecureBoot
• UEFI 2.2 (2008)
• Opcional
• Comprueba que el código de arranque no es modificado mediante firma
digital
• Firma digital incluida en cada sección ejecutable
• Platform Key (PK) por el fabricante ,Key Exchange Key (KEK) protege la
base de datos de firmas
• Listado de Trusted Signers (CAs) para firmar Option ROMs, bootloaders,
drivers y aplicaciones
• Puede ser usado en conjunción con un TPM
• Intel BootGuard: ventajas e incovenientes
• Ataques:
– PK puede ser modificada en NVRAM
– Se puede deshabilitar en el SPI Flash de muchas maneras (variable UEFI)

46. https://es.surveymonkey.com/s/JP6D5NC
Recursos
• Guías:
– NIST 800-147 BIOS Protection Guidelines
– NIST 800-147B BIOS Protection Guidelines for servers
– NIST 800-155 BIOS Integrity Measurement Guidelines
• BIOS Update Authentication
• Secure Local Update
• Integrity Protection
• Non-Bypassability
• Herramientas:
– UEFI Security Response Team (USRT)
– Copernicus de MITRE (bios_diff)
– Subzero.io
– CHIPSEC: Platform Security Assessment Framework
– RDFU (Rootkit Detection Framework for UEFI)
– Danooct1 Vintage Virus YouTube Channel 

47. Infección en BIOS, UEFI y
derivados
Desde el mito a la realidad
David Barroso
@lostinsecurity