五年前，有一款号称“不可破解”（unhackable）的新型可调ECU/ECM称霸了当时的市场，它就是GM E41 ECM Services (L5P)。这款ECU/ECM最早出现在2017年的L5 Peter Max卡车上，当时许多人认为这类ECU/ECM无法被破解或调校。
随着外网大神步步拆解和分析，一点点分崩离析了它的防线。自从这个产品被攻破防线以后，HSM（Hardware Security Module），也就是硬件防护模块开始逐渐上车，让汽车走向如今非常可靠安全的境地。
那么，这款ECU究竟是如何被突破防线的？整个ECM拆开又长什么样子，里面有什么值得关注的点？这又对我们现在做汽车开发有什么启发？接下来，我们来回顾这些往事。
Colin O'Flynn｜信源
汽车开发圈｜出品
拆掉外壳，先看看整体
为了深入研究，我购买了一款E-40 ECU（T1型号），这是用于某些轨道车型的ECU。这款ECU的外壳是完全密封的，我不得不使用螺丝刀撬开卷曲的边缘，并用喷灯加热以软化胶粘剂，最终成功打开了外壳。
打开后，发现PCB板被一种类似灌封胶的材料覆盖，可能是为了散热或防潮。主板的一角有一颗BGA封装的主控芯片，周围分布着各种驱动芯片，用于控制点火线圈、燃油喷射等。值得注意的是，这款ECU没有使用传统的防潮涂层，而是完全依赖外壳密封来防潮，这使得探测电路更加方便。
通过显微镜观察，主控芯片的型号并不常见，但经过搜索，它可能是Freescale（现为NXP）的MPC5676R，一款基于PowerPC架构的双核处理器。查阅数据手册后，注意到这款芯片没有硬件安全模块（HSM），这意味着它的安全性可能依赖于软件层面的保护措施。相比之下，更高端的ECU（如E99型号）可能升级到了带有HSM的芯片。
在PCB的一角，发现了一个疑似调试接口的引脚，但很可能已被禁用。根据数据手册，这款芯片的JTAG调试功能可以通过“censorship control word”（一种存储在闪存中的配置字）启用或禁用。如果该值被破坏，芯片会进入“censored”状态，禁用调试接口和闪存读取功能。
有趣的是，芯片还支持串行引导加载程序（bootloader），并且可以通过特定的引脚配置进入该模式。如果能够物理访问这些引脚，可能能够利用公开密码绕过部分安全限制。不过，由于ECU的引脚是通过压接方式固定在PCB上的，直接探测这些引脚较为困难。
根据Riscure的研究论文《Safety ≠ Security》，某些汽车ECU的JTAG接口可以通过故障注入（fault injection）重新启用。论文中提到，即使成功率较低（如0.3%），单次成功的攻击仍可能绕过密码保护。因此，我计划进一步尝试通过物理手段（如加热或电压毛刺）干扰芯片的配置字，以探索是否能够启用调试接口或访问闪存数据。
这款ECU代表了现代汽车电子系统的一种设计趋势：通过硬件密封和软件保护相结合的方式提升安全性。然而，随着逆向工程技术的进步，即使是“不可破解”的ECU也可能存在漏洞。未来，我希望能进一步研究更高端的ECU型号（如E99），并探索其硬件安全模块的实现方式。
通过拆解，可以看出现代汽车电子安全的复杂性，也意识到厂商与破解者之间的技术博弈仍在持续。对于汽车行业来说，如何在便利性和安全性之间取得平衡，将是一个长期的挑战。
深入探索主控与调试接口
在上一部分中，成功拆解了ECU的外壳，但主板仍被牢牢固定在内部。经过一番努力，最终通过移除连接器的压接引脚，将主板完整取出。本部分将重点分析主板的内部结构，特别是调试接口和可能的攻击面。
ECU的主板通过多个压接式连接器固定，这些连接器并非焊接，而是通过物理压接与PCB连接。为了分离主板，使用喷灯加热连接器塑料，使其软化后逐个拔出引脚。此外，主板背面还覆盖了一层黑色导热化合物，用于主控芯片（BGA封装）的散热，这也增加了分离的难度。
主控芯片的型号标记为MPC5676R，属于NXP（原Freescale）的PowerPC架构双核处理器。通过对比数据手册的引脚定义和PCB走线，确认了芯片的真实性。值得注意的是，这款芯片没有硬件安全模块（HSM），其安全性依赖于软件保护机制（如闪存加密和调试接口禁用）。
在PCB底部，发现了一个疑似调试接口的引脚阵列。通过数据手册和走线分析，确认了以下关键信息：
JTAG接口：包括TDO、TCK、TMS、TDI，分布在PCB的特定测试点上。
串行引导加载程序（Bootloader）：通过`BOOT_CONFIG1`引脚可启用串行模式，配合`TXDA`和`RXDA`实现通信。
复位控制：`RESET`引脚和`RESET_OUT`信号可用于故障注入或监控设备状态。
目前，发现三种潜在攻击的方法：
第一种是通过JTAG调试：芯片的JTAG接口可能被禁用，但通过物理访问测试点，可尝试重新启用。若芯片的“censorship control word”（闪存中的配置字）被破坏，可能触发调试接口开放。
第二种是串行Bootloader：通过短接`BOOT_CONFIG1`引脚，可强制进入串行引导模式。需绕过可能的密码保护（如公开密码或闪存密码）。
第三种是故障注入：VSS_FL引脚这是闪存模块的专用接地引脚，中断其连接可能导致闪存读写异常，为故障注入提供机会。通过干扰时钟信号（外部晶体）或电源，可能触发芯片的非预期行为。
下一步计划包括四个：
1. 获取新ECU：当前主板已损坏，需等待新设备进行实际调试测试。
2. 验证JTAG功能：使用兼容编程器尝试访问JTAG接口，确认是否可用。
3. 探索Bootloader：通过串行模式与设备通信，分析其响应和可能的漏洞。
4. 故障注入实验：测试VSS_FL引脚和时钟信号的干扰效果。
测试Bootloader功能和安全机制
在第二部分里，成功地把PCB从外壳中取了出来。然而，当把PCB出来的时候，遇到了一个问题。在印刷电路板下面有一种粘性物质，导致电路板产生了很大的弯曲。这种粘性物质粘在电路板上，要想安全地取下来，基本上就得把它割开。这导致一些焊盘和大量的球型触点（BGA）都出现了分层的情况。尽管如此，还是成功地对印刷电路板上剩下的球栅阵列（BGA）进行了重植球处理。
接下俩，我们希望利用这个处理后的 BGA 来做一些操作，比如启动它，并检查这个设备上的引导辅助模块，这个模块基本上就像一个串行引导加载程序。我们想要了解它是如何配置的，通常情况下它有一个默认密码，不过很可能已经被更改了。之后，我们研究如何更改它，并且研究一些可能有帮助的有趣的硬件破解技术。
为了给它供电，我们需要参考一些资料。通过查看这个ECU的零件编号，可以看到这个ECU具体用在2018年款雪佛兰Silverado 2500 V8 6.6车型。如果我们查看相关的引脚输出表，会发现对于这个大的ECU连接器，引脚6是接地引脚，引脚4是电池的正电压引脚。其他较大的引脚是给各种设备的输出保险丝供电，ECU 通常可以关闭一些传感器之类的东西来节省电量。
目前来看，ECU需要以下引脚供电才能启动：
主电源（+12V）：连接至电池正极（根据引脚定义确认）。
点火信号（IGN）：模拟车辆点火，触发ECU启动。
接地（GND）：确保完整回路。
通过外接电源和跳线，成功启动了ECU，并监测到电流变化，表明设备已进入工作状态。
根据芯片手册，MPC5676R支持通过Boot Config引脚启用串行Bootloader模式。步骤如下：
1.硬件配置：将BOOT_CONFIG1引脚拉高（3.3V），强制芯片进入Bootloader模式。
绕过Lin总线收发器（通过禁用其Sleep引脚），直接连接UART接口。
2.默认密码验证：手册注明默认密码为0xFEEDFACECAFEBEEF，但实际测试发现ECU芯片未使用默认密码，而是启用了自定义密码保护。
3.对比测试：将同型号的全新芯片插入开发板，输入默认密码后成功进入Bootloader，证实ECU厂商已修改安全配置。
4.密码保护机制：ECU芯片的Bootloader密码可能存储在闪存中，需通过物理手段（如故障注入或闪存读取）绕过。
5.可能的攻击方向：尝试通过电压毛刺干扰密码校验流程，或利用未禁用的调试接口（如JTAG）提取密码。
6.硬件验证：使用开发板搭建测试环境，通过**差分功耗分析（DPA）**观察密码校验时的功耗差异，定位关键操作。
7.检查VSS_FL（闪存专用接地引脚）是否可通过干扰触发闪存读写异常。
本次实验证实，ECU厂商已对Bootloader进行了定制化保护，但硬件层面仍存在潜在攻击面（如未完全禁用的接口或物理漏洞）。
比较关键的发现包括：ECU芯片的Bootloader密码已非默认值，需更深入的硬件攻击手段；开发板验证为研究提供了可控环境，后续将用于故障注入实验；安全防护集中在软件层，硬件设计仍保留调试接口，可能成为突破口。
利用电磁故障注入破解ECU Bootloader密码
接下来，开始使用电磁故障，来破解ECU的密码，这一次，终于攻破了ECU的防线。
摘要电磁故障注入(EMFI)是一种众所周知的为数字设备安全分析引入故障的方法。此类故障可以被视为类似于已知在数字设备中自然发生的故障，这是设计安全关键系统的一个已知问题。已经为安全关键系统制定了许多标准，包括制定使用粒子源提高自然发生故障率的标准。
本次使用MPC 5676开发板进行ECU安全研究，我们把ECU拆解下来的微控制器插到插槽中。实验采用电磁故障注入工具ChipShooter，通过1毫米探头实施精确干扰。
它配有 1 毫米的尖端，能向目标设备注入故障。设备设有触发线，支持硬件触发。借助ChipShield，基于串行通信流量进行触发操作。
测试过程中，我们向设备发送无效密码并监测其响应，利用ChipWhisperer系统捕获功率特征差异。分析发现，正确密码"feed face cafe beef"会产生独特的四峰波形，而错误密码的波形明显不同。
通过配置40MHz时钟触发信号，我们在密码校验关键时间点注入故障，成功使设备接受无效密码。实验数据显示，该方法能可靠提取设备的唯一引导密码。验证发现不同ECU采用独立随机密码，有效提升了安全性。当前插槽设备的JTAG接口已损坏，下一步将优化故障注入参数，适配不同硬件环境。这项研究为汽车电子安全评估提供了重要参考。
本次实验证明，即使ECU启用了定制化密码保护，电磁故障注入仍可有效绕过硬件安全机制。这一漏洞凸显了汽车电子在物理安全层面的潜在风险。而这项实验证实了电磁故障注入在汽车电子安全评估中的实用价值，现在很多汽车功能安全都在标准中加入了故障注入这样的测试。
值得注意的是，这款ECU采用的主控是比较老的芯片，当时还没有HSM（Hardware Security Module）。HSM是一种用于保护和管理强认证系统所使用的密钥和敏感数据，并同时提供相关密码学操作的计算机设备。现在，基本所有主控都有了HSM，破解早已经成为一件非常困难的事。不过，破解与防护、漏洞与修复从来都是一对“好朋友”，随着人们对于安全愈发关注，很多芯片已经从底层开始展开防御，相应的技术也正在逐步迭代。
