La seguridad en los sistemas embebidos y en los dispositivos conectados es un tema de creciente importancia en la era digital. Entre las tecnologías motoras de la seguridad informática, el cifrado AES-128 se mantiene como uno de los estándares más utilizados para proteger la confidencialidad de la información. Sin embargo, la confianza en la seguridad del hardware que implementa estos algoritmos no está exenta de riesgos. El Nordic Semiconductor nRF52840 SoC, ampliamente empleado en múltiples dispositivos IoT y sistemas inalámbricos, ha sido objeto de reciente investigación que ha revelado una vulnerabilidad seria relacionada con su motor criptográfico ARM TrustZone CryptoCell 310. Esta falla permite la recuperación directa del texto plano durante el proceso de cifrado AES-128 mediante una técnica conocida como inyección de fallos de voltaje, lo que representa un peligro considerable para la integridad y confidencialidad de los datos cifrados.
El Arm TrustZone CryptoCell 310 es un subsistema de seguridad diseñado para proporcionar aceleración criptográfica y raíz de confianza dentro del dispositivo, utilizando soporte hardware para operaciones complejas de cifrado como AES. El nRF52840, una plataforma multiprotocolo con capacidades avanzadas para Bluetooth Low Energy, NFC, y otros estándares inalámbricos, integra esta solución para aportar velocidad y eficiencia en la gestión de datos cifrados. No obstante, a pesar de sus ventajas, la implementación es susceptible a ataques físicos que han probado ser efectivos para comprometer la función esperada de seguridad. El ataque que ha puesto en evidencia esta vulnerabilidad utiliza la técnica de inyección de fallos de voltaje en el motor AES-128 de la CryptoCell. A diferencia de otros métodos que requieren una cantidad considerable de datos ilegítimos para deducir claves o información sensible, esta técnica es capaz de recuperar directamente el texto plano interceptando el proceso de cifrado bajo condiciones de fallo inducidas.
En términos técnicos, se aplican glitches de voltaje controlados durante la ejecución de la operación AES, provocando errores en la salida cifrada que permiten, a su vez, revelar información sobre el texto original sin necesidad de realizar análisis de criptoanálisis diferenciales complejos. Los modos de cifrado afectados incluyen ECB, CBC y CTR, todos comúnmente empleados en sistemas embebidos para proteger datos sensibles. En particular, el ataque resulta eficaz en el modo ECB debido a patrones de difusión de errores en bytes específicos, lo que también abre la puerta para posibles ataques de análisis diferencial de fallos (DFA). Este tipo de ataque aprovecha la manera en que los errores inducidos se propagan a través del cifrado para reconstruir partes o la totalidad del texto original. Desafortunadamente, esta vulnerabilidad socava medidas de seguridad fundamentales como la rotación de claves y el uso adecuado de vectores de inicialización en CBC, dejando expuesto el sistema a un compromiso serio.
La investigación se llevó a cabo mediante la construcción de un equipo de inyección de fallos de voltaje personalizado que puede introducir glitchs precisos sin realizar modificaciones costosas o invasivas al hardware, como la remoción de condensadores. Este enfoque práctico y replicable es particularmente relevante, ya que demuestra que un atacante con conocimiento y recursos razonables puede explotar la vulnerabilidad sin necesidad de técnicas de laboratorio extremadamente sofisticadas. El experimento se realizó utilizando la versión libnrf_cc310_0.9.13 de la biblioteca de criptografía nrf_cc310 y el entorno nRF5 SDK v17.
1.0, asegurando que la evaluación se basará en una configuración de software realista y representativa del estado actual del ecosistema nRF52840. El impacto de esta vulnerabilidad va más allá de identificar un fallo en un componente específico. Expone un riesgo real para los dispositivos que dependen del nRF52840 para proteger datos críticos, incluyendo aplicaciones en domótica, salud conectada, infraestructura de red, y otros escenarios donde la seguridad de la información es vital. Al obtener acceso directo al texto plano cifrado, un atacante puede eludir toda la estructura criptográfica prevista, afectando seriamente la confidencialidad y la confianza en el producto.
Desde el punto de vista técnico, la vulnerabilidad está clasificada con una severidad media, con una puntuación CVSS base de 5.6. El vector de ataque muestra que es necesario cierto nivel de acceso físico al dispositivo y equipos específicos de inyección de fallos, lo que limita la explotación a escenarios donde el atacante puede manipular físicamente el hardware. Sin embargo, el coste y complejidad relativa del equipo de ataque están dentro del alcance de actores maliciosos bien financiados o de ciertos entornos industriales donde los dispositivos quedan accesibles. Para mitigar esta vulnerabilidad, es imprescindible que los fabricantes y desarrolladores adopten estrategias de protección contra ataques de inyección de fallos en hardware criptográfico.
Esto puede incluir la implementación de detección activa de fallos, mecanismos de redundancia, técnicas de blindaje físico, controles de voltaje más estrictos, y actualizaciones de firmware que puedan fortalecer la resistencia del motor AES contra la manipulación externa. En el caso específico del nRF52840, el equipo de Nordic Semiconductor ha sido informado de manera responsable y ha colaborado en diseñar recomendaciones para futuras versiones y posibles parches. Además de las medidas técnicas, la comunidad de seguridad debe promover una comprensión más amplia de las limitaciones inherentes a la criptografía en hardware, especialmente en dispositivos pequeños y SoCs que históricamente no han sido desarrollados para resistir ataques sofisticados de hardware. La evaluación minuciosa, el modelado de amenazas y la validación regular de sistemas mediante pruebas de penetración son herramientas fundamentales para prevenir exposiciones similares. Desde la perspectiva de desarrolladores que dependen del nRF52840 para sus soluciones, es crucial revisar la configuración y métodos de protección empleados para claves y datos cifrados.
El diseño del sistema debería considerar el posible riesgo de ataques físicos y evaluar capas adicionales de seguridad, tanto en hardware como en software, para reducir la superficie de ataque y salvaguardar información sensible. La investigación de Bedri Zija, publicada en abril de 2025, aporta un enfoque vital en la comprensión de vulnerabilidades emergentes en sistemas embebidos modernos. Revela cómo incluso componentes diseñados para reforzar la confianza con hardware avanzado pueden presentar debilidades explotables, subrayando la necesidad continua de revisiones y auditorías exhaustivas en las plataformas de seguridad. Finalmente, la lección más importante extraída de este caso es que la seguridad completa es un proceso holístico. La dependencia exclusiva en aceleradores criptográficos de hardware no garantiza la invulnerabilidad y debe ir acompañada de una estrategia integral que contemple posibles ataques físicos y métodos innovadores de explotación.
En un mundo cada vez más conectado, garantizar la robustez de los sistemas criptográficos en dispositivos embebidos es fundamental para proteger la privacidad, mantener la integridad de los datos y evitar vulnerabilidades que puedan tener consecuencias catastróficas. La vulnerabilidad detectada en el nRF52840 ejemplifica perfectamente la necesidad de un compromiso constante con la mejora de la seguridad en la arquitectura de hardware y la importancia de la colaboración entre investigadores, fabricantes y desarrolladores para anticipar y mitigar amenazas emergentes.
