如何读取、修改嵌入式产品Flash中内容？

由 cathy 提交于周一, 15 十一月 2021 - 16:22

本文将介绍如何拆焊Flash芯片，设计及制作相应的分线板。了解对嵌入式设备的非易失性存储的简单有效攻击手段。这些攻击包括：

<ul>
<li>
读取存储芯片内容
</li>
<li>
修改芯片内容
</li>
<li>
监视对存储芯片的读取操作并远程修改(中间人攻击)
</li>
</ul>
想想，当你拆开一个嵌入式产品，却被挡在Flash之外，好奇的你一定想对它一探究竟。
那么，下面我们就开始。
拆焊Flash芯片
为了读取Flash芯片的内容，有以下两个基本途径：
<ul>
<li>
直接将导线连接到芯片的引脚
</li>
<li>
把芯片拆下来，插到另一块板子上
</li>
</ul>
下面介绍的Flash为BGA(球形栅格阵列)封装——无外露引脚。因此，只能选择拆焊的方法。

拆焊法的优点：
<ul>
<li>
可避免对电路板上其他器件造成影响;
</li>
<li>
可以很容易看到芯片底部的布线;
</li>
<li>
可用其他芯片或微控制器代替原芯片。
</li>
</ul>
一些不便之处：
<ul>
<li>
电路在缺少完整器件的情况下无法运行;
</li>
<li>
在拆卸过程中，一些邻近器件可能被损坏;
</li>
<li>
如果操作不恰当，Flash本身可能毁坏。
</li>
</ul>
OK，拆焊是吧?你看，下图所示的热风枪简直就是神器。只要将芯片周围加热，便可以很容易地拿下芯片：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555335-227292-2.jpg&…; alt=“图：热风枪拆焊"></center><center>图：热风枪拆焊</center>

这种办法简单、快速只是可能伤及无辜——焊掉邻近的元件，所以，务必小心翼翼。

下图显示芯片拆下后PCB的布线。观察图片，猜想底部的两列引脚为空引脚，因为他们压根就没接入电路。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2021-11/wen_zhang_/100555335-227293-3.jpg&…; alt=“图：拆焊下来后"></center><center>图：拆焊下来后</center>

用KiCAD定制分线板

现在该做什么?BGA封装简直就是一团糟，依然无法外接导线。

一种可行的方法是制作分线板。通常，分线板是将芯片的所有针脚的位置“镜像”下来，这样就能将芯片的引脚引接出来。

为此，我们首先要搜集芯片的相关信息。大多数情况下，芯片的型号都印制在芯片上，这样我们就很容易识别。如上图，芯片上第一行为MXIC代表Macronix International公司，第二行为芯片的具体型号MX25L3255EXCI datasheet 。以下为datasheet资料：

PCB的设计可由KiCAD ，常用的EDA软件实现。
 分线板的设计过程与其他PCB板一样：
<ul>
<li>
新建电路板，画出电路简图，标明元器件的具体型号
</li>
<li>
确定芯片的具体尺寸 

</li>
</ul>
根据之前datasheet的资料。我们添加1个4×6的网格作为整个芯片的BGA封装，2个1×4的网格作为连接芯片8个有效引脚的接线柱。最后一步是，用线路将这些器件连接起来：

转接板的设计到此为止，接下来是如何把设计转化成的PCB。

PCB制作

PCB就像是由两层铜和一层基板压制成的三明治，导线分布在铜上面。

根据制作流程，分为：

以下为两种方法的具体步骤。

蚀刻法

蚀刻，即是用化学药品逐步除去铜的过程。我们先用油墨保护覆铜板上的线路及要保留下来的铜。

1、首先，用热转印法制作PCB。PCB电路图用激光打印机打印在亮光纸上。然后，把亮光纸紧贴在覆铜板上，加热和施以压力，使亮光纸上的电路图转印到覆铜板上。通常，这个过程用熨衣服的熨斗即可完成，但是专用的压制器会使加热及受力更加均匀，更容易成功。

2、接下来是蚀刻，将整块PCB板浸没在腐蚀液，以此来去除多余的铜。

蚀刻后的分线板，转印的墨粉还附着在上面：

除去墨粉后：

现在可以准备手工焊接了。微型焊接与正常焊接一样，只是器件的尺寸极小，因此需要借助显微镜。

此外，传统的焊接用的是线状的焊锡丝，而BGA微型焊接用的是锡球。

接下来，开始重整锡球：

<ul>
<li>
将一个新的锡球放置在凹槽上，加热，熔化锡球;
</li>
<li>
校准芯片和板子;
</li>
<li>
回流。
</li>
</ul>

锡球重整完成：

芯片焊接完成后的最终结果：

数控铣

作为替代方法，数控铣仅是将需要的线路和剩余的铜隔离开来而已。

(1)5X5的BGA通常用于制作 PCB，而4X6的常用于分线板。我们设计5X5的是为了该分线板可以直接插接在通用EEPROM 编程器的ZIF插槽里，电路简图如下：

(2)芯片的尺寸与前面设计的4X6的一样，只是网格变成5X5，板上的布线也稍显复杂：

(3)由于KiCAD无法直接生成与数控铣兼容的目标文件，因此，我们用Flatcam接收Gerber文件并确定数控铣隔离的导线的路径：

(4)接下来将生成的STL文件导入bCNC——数控铣的终端控制程序，如下图所示：

雕刻过程中：

(5)板子雕刻完成：

最终结果：

(6)下一步，涂覆阻焊层，保护铜不被氧化，并用紫外灯固化：

(7)阻焊层覆盖了BGA的铜片及1X4的接线柱，我们得刮掉这个薄层，使铜片露出来：

(8)给各个节点焊锡：

(9)回到数控铣，打孔，切削PCB的边缘：

(10)最终成品，BGA焊接在板子上，准备插到EEPROM编程器上：

结论

了解了如何拆焊Flash芯片和如何设计PCB，以及制作PCB的两种不同方法。

来源：<a href="https://mp.weixin.qq.com/s/-CkVXTx81lbqECFvtaUnWA">STM32嵌入式开发</a>
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