使用 CHIPSEC 稽核 UEFI 韌體 是做什麼的？
僅限授權使用： CHIPSEC 會載入核心驅動程式並讀寫低階硬體暫存器、SPI 快閃記憶體和 SMM。請僅在您擁有或明確授權評估的系統上執行，最好在專用的測試硬體上執行。誤用（特別是寫入/修改模組）可能導致機器變磚。切勿在生產系統上執行具寫入能力的模組。
概述
CHIPSEC 是由 Intel 先進威脅研究團隊建立的開源 平台安全評估框架。它檢查 x86 平台韌體和硬體的低階安全配置 — 這是作業系統之下的層級，也是開機套件和韌體植入物藏身之處。CHIPSEC 會載入一個已簽署的核心驅動程式（Linux、Windows，或可從 UEFI Shell 執行）來讀寫硬體暫存器、模型特定暫存器（MSR）、PCI 配置空間、SPI 快閃記憶體和 UEFI 變數，然後執行一套自動化測試，以檢查平台的防禦鎖定機制是否確實生效。
CHIPSEC 應對的威脅是 MITRE ATT&CK 的 T1542.001 — 前作業系統開機：系統韌體：攻擊者修改系統韌體（SPI 快閃記憶體上的 BIOS/UEFI 映像）以獲得隱蔽、持久且能繞過作業系統的控制權。韌體植入物可以跨越作業系統重灌和磁碟更換而持續存在，並且大多數 EDR 無法發現。CHIPSEC 的價值在於驗證防止此類植入物的 先決條件：SPI 快閃記憶體的 BIOS 區域是否已啟用寫入保護（BIOS_CNTL BLE/SMM_BWP、SPI 保護範圍）、快閃記憶體描述符是否鎖定區域存取、SMRAM/SMRR 是否有配置，以及安全啟動變數是否受到保護。它也能傾印 SPI 快閃記憶體，以便進行離線鑑識比對。
資料來源：Intel/CHIPSEC 專案 (https://github.com/chipsec/chipsec)、CHIPSEC 文件 (https://chipsec.github.io/)。
使用時機
- 新筆電/伺服器平台或機群映像的基準韌體安全評估
- 驗證 BIOS 寫入保護和 SPI 快閃記憶體鎖定是否已由 OEM 正確啟用
- 韌體鑑識：傾印 SPI 快閃記憶體以與已知良好的映像進行比較
- 驗證安全啟動變數保護和 S3 開機腳本保護
- 尋找韌體植入物或可能導致植入的配置錯誤的證據
先決條件
- 對目標 x86 平台（Intel 或 AMD）具有實體、root 或管理員存取權限
- Linux（root）或 Windows（系統管理員）環境，或 UEFI Shell 環境
- 能夠載入核心驅動程式（安全啟動可能需要允許 CHIPSEC 驅動程式，或使用
--no_driver進行有限度的檢查） - Python 3.8+ 以及用於建置核心模組的 C 編譯器/建置工具（在 Linux 上）
- 強烈建議使用專用測試硬體
安裝 CHIPSEC：
# 從 PyPI 安裝
pip install chipsec
# 或從原始碼安裝（會建置核心輔助程式/驅動程式）
git clone https://github.com/chipsec/chipsec
cd chipsec
python setup.py install # 建置並安裝，包括 Linux 驅動程式
# 驗證
sudo chipsec_main --help
sudo chipsec_util --help
目標
- 執行完整的自動化平台安全測試套件並解讀 PASS/FAIL/WARNING 結果
- 驗證 BIOS 寫入保護（BIOS_CNTL）和 SPI 保護範圍
- 驗證 SPI 快閃記憶體描述符是否鎖定區域的讀寫存取權限
- 驗證 SMRAM/SMRR 和 SMI 處理器保護
- 驗證安全啟動變數保護和 S3 開機腳本保護
- 傾印 SPI 快閃記憶體並進行解碼以進行離線分析
- 列舉 UEFI 變數並偵測異常或非預期的条目
MITRE ATT&CK 對應
| 技術 ID | 名稱 | 戰術 |
|---|---|---|
| T1542.001 | 前作業系統開機：系統韌體 | 持續性 / 防禦規避 |
CHIPSEC 透過驗證防止未授權韌體修改的控制項是否啟用，來防禦 T1542.001。如果 common.bios_wp（BIOS 未寫入保護）或 chipsec.modules.common.spi_lock（快閃記憶體描述符未鎖定）的結果是 FAIL，意味著具有 OS 權限的攻擊者可以改寫 SPI 快閃記憶體並植入持久性韌體 — 這正是此技術的先決條件。
工作流程
步驟 1：執行完整的自動化測試套件
執行 chipsec_main（不指定模組引數）會針對已偵測到的平台執行所有適用的安全檢查，並印出 PASS/FAIL/WARNING/INFORMATION 結果的摘要。
sudo chipsec_main
# 儲存機器可讀的輸出以便於報告/比對差異
sudo chipsec_main -j results.json -x results.xml -l chipsec.log
步驟 2：逐一執行核心韌體保護模組
common 模組組包含了與 OEM 無關的安全檢查。可以執行整個組或特定模組：
# 執行整個 common 組
sudo chipsec_main -m common
# BIOS 寫入保護：檢查 BIOS_CNTL BLE/SMM_BWP 和 SPI 保護範圍
sudo chipsec_main -m common.bios_wp
# SPI 快閃記憶體描述符鎖定（FLOCKDN）— 快閃記憶體區域存取是否已鎖定？
sudo chipsec_main -m common.spi_lock
# SMRR 程式設計 — 保護 SMRAM 免受基於快取的攻擊
sudo chipsec_main -m common.smrr
# SMM BIOS 寫入保護
sudo chipsec_main -m common.smm
# S3 恢復開機腳本保護（防止開機腳本表攻擊）
sudo chipsec_main -m common.uefi.s3bootscript
步驟 3：驗證安全啟動變數保護
# 檢查安全啟動 UEFI 變數是否受到妥善保護
sudo chipsec_main -m common.secureboot.variables
# 主動測試變數的寫入保護（僅限測試硬體）：
sudo chipsec_main -m common.secureboot.variables -a modify
步驟 4：檢查 SPI 快閃記憶體區域存取權限
# 報告 SPI 快閃記憶體區域、描述符和存取權限
sudo chipsec_util spi info
# 檢查 SPI 存取控制模組
sudo chipsec_main -m common.spi_access
步驟 5：傾印 SPI 快閃記憶體以進行離線鑑識
傾印快閃記憶體可讓您解碼韌體區塊並與已知良好的 OEM 映像進行比較。
# 將整個 SPI 快閃記憶體傾印到檔案
sudo chipsec_util spi dump rom.bin
# 解碼傾印的映像：提取韌體區塊、檔案、NVRAM 變數等。
sudo chipsec_util decode rom.bin
步驟 6：列舉並分類 UEFI 變數
# 從執行時期介面列出所有 UEFI 變數
sudo chipsec_util uefi var-list
# 直接從 SPI 映像列出變數（離線）
sudo chipsec_util uefi var-find PK
sudo chipsec_util uefi var-read db <GUID> db.bin
# 解碼 UEFI 韌體結構
sudo chipsec_util uefi decode rom.bin
步驟 7：在沒有核心驅動程式的情況下進行有限度的評估
如果無法載入驅動程式（例如在鎖定的安全啟動環境下），某些檢查仍可以唯讀模式執行。
sudo chipsec_main -n # --no_driver：跳過需要驅動程式的檢查
sudo chipsec_main -p <PLATFORM> # 若自動偵測失敗，則強制指定平台代碼
步驟 8：分類結果並報告
- bios_wp / spi_lock 結果為 FAIL → 韌體可從 OS 端改寫：T1542.001 風險高。
- secureboot.variables 結果為 FAIL → 安全啟動原則可能被篡改。
- 將
spi dump結果與 OEM 的已知良好映像進行比較（對韌體區塊進行雜湊處理），以偵測未授權的修改。 - 在報告中記錄平台、BIOS 版本，以及每個 FAIL/WARNING 結果及相關的暫存器值。
工具和資源
| 工具 | 用途 | 來源 |
|---|---|---|
| chipsec_main | 自動化平台安全測試套件 | https://github.com/chipsec/chipsec |
| chipsec_util | 手動硬體/韌體存取（spi、uefi、decode） | https://chipsec.github.io/ |
| UEFITool | GUI/CLI 解析已傾印的 UEFI 映像 | https://github.com/LongSoft/UEFITool |
| Binarly fwhunt | 韌體漏洞/植入物狩獵規則 | https://github.com/binarly-io/fwhunt-scan |
| NSA UEFI Secure Boot 指南 | 強化參考 | https://media.defense.gov/ |
核心模組參考
| 模組 | 檢查項目 |
|---|---|
| common.bios_wp | BIOS_CNTL BLE / SMM_BWP 和 SPI 保護範圍 |
| common.spi_lock | SPI 快閃記憶體描述符 FLOCKDN |
| common.spi_access | SPI 快閃記憶體區域讀寫權限 |
| common.smrr | 系統管理範圍暫存器程式設計 |
| common.smm | SMM BIOS 寫入保護 |
| common.secureboot.variables | 安全啟動變數保護 |
| common.uefi.s3bootscript | S3 恢復開機腳本保護 |
驗證標準
- CHIPSEC 已安裝且驅動程式會載入（若無則記錄使用
-n） - 已執行完整的
chipsec_main套件，並已儲存 JSON/XML/日誌輸出 - 已解讀
common.bios_wp的結果（寫入保護狀態） - 已解讀
common.spi_lock/spi_access的結果（描述符鎖定狀態） - 已記錄 SMRR/SMM 模組結果
- 已檢查安全啟動變數保護
- 已傾印並解碼 SPI 快閃記憶體以進行離線分析
- 已列舉並分類 UEFI 變數
- 所有 FAIL/WARNING 發現均已記錄平台/BIOS 版本
- 寫入/修改模組未在生產硬體上執行