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使用 CHIPSEC 审计 UEFI 固件

仅限授权使用： CHIPSEC 会加载内核驱动并读/写底层硬件寄存器、SPI flash 和 SMM。请仅在您拥有或获得明确授权进行评估的系统上运行它，最好在专用测试硬件上运行。误用（尤其是写入/修改模块）可能导致机器变砖。切勿在生产系统上运行具备写入能力的模块。

概述

CHIPSEC 是由 Intel 高级威胁研究团队创建的开源 平台安全评估框架。它检查 x86 平台固件与硬件的底层安全配置——即操作系统之下、bootkit 与固件植入程序所栖身的层级。CHIPSEC 会加载一个已签名的内核驱动（Linux、Windows，或可从 UEFI shell 运行）以读/写硬件寄存器、模型特定寄存器（MSR）、PCI 配置空间、SPI flash 和 UEFI 变量，然后运行自动化测试套件，检查平台的防御性锁是否确实已启用。

CHIPSEC 应对的威胁是 MITRE ATT&CK T1542.001 — Pre-OS Boot: System Firmware：攻击者通过修改系统固件（SPI flash 上的 BIOS/UEFI 映像）来获得隐蔽、持久、可跨操作系统存活的控制权。固件植入程序可在重装操作系统和更换磁盘后依然存在，并且对大多数 EDR 不可见。CHIPSEC 的价值在于验证阻止此类植入的前提条件：SPI flash BIOS 区域是否受写保护（BIOS_CNTL BLE/SMM_BWP、SPI Protected Ranges）、flash descriptor 是否锁定区域访问、SMRAM/SMRR 是否已配置，以及 Secure Boot 变量是否受保护。它还可转储 SPI flash，以供离线取证比对。

来源：Intel/CHIPSEC 项目（https://github.com/chipsec/chipsec）、CHIPSEC 文档（https://chipsec.github.io/）。

何时使用

• 对新的笔记本电脑/服务器平台或机群映像进行固件安全基线评估
• 验证 OEM 是否正确启用了 BIOS 写保护和 SPI flash 锁
• 固件取证：转储 SPI flash 并与已知良好映像比对
• 验证 Secure Boot 变量保护和 S3 启动脚本保护
• 搜寻固件植入程序或使其可行的错误配置的痕迹

前提条件

• 对目标 x86 平台（Intel 或 AMD）具有物理访问权限或管理员/root 访问权限
• Linux（root）或 Windows（管理员），或 UEFI shell 环境
• 能够加载内核驱动（Secure Boot 可能需要允许 CHIPSEC 驱动，或使用 --no_driver 进行有限检查）
• Linux 上需 Python 3.8+ 以及用于内核模块的 C 编译器/构建工具
• 强烈建议使用专用测试硬件

安装 CHIPSEC：

# From PyPI
pip install chipsec

# Or from source (builds the kernel helper/driver)
git clone https://github.com/chipsec/chipsec
cd chipsec
python setup.py install        # builds and installs, including the Linux driver

# Verify
sudo chipsec_main --help
sudo chipsec_util --help

目标

• 运行完整的自动化平台安全测试套件，并解读 PASS/FAIL/WARNING
• 验证 BIOS 写保护（BIOS_CNTL）和 SPI Protected Ranges
• 验证 SPI flash descriptor 是否锁定区域读/写访问
• 验证 SMRAM/SMRR 和 SMI 处理程序保护
• 验证 Secure Boot 变量保护和 S3 启动脚本保护
• 转储 SPI flash 并解码以供离线分析
• 枚举 UEFI 变量并检测异常/意外条目

MITRE ATT&CK 映射

Technique ID	Name	Tactic
T1542.001	Pre-OS Boot: System Firmware	Persistence / Defense Evasion

CHIPSEC 通过验证阻止未经授权固件修改的控制措施是否已启用来防御 T1542.001。common.bios_wp（BIOS 未受写保护）或 chipsec.modules.common.spi_lock（flash descriptor 未锁定）出现 FAIL，意味着拥有操作系统权限的攻击者可以重写 SPI flash 并植入持久固件——这正是该技术手法的前提条件。

工作流

步骤 1：运行完整的自动化测试套件

不带模块参数的 chipsec_main 会针对检测到的平台运行所有适用的安全检查，并打印 PASS/FAIL/WARNING/INFORMATION 结果的摘要。

sudo chipsec_main

# Save machine-readable output for reporting / diffing
sudo chipsec_main -j results.json -x results.xml -l chipsec.log

第 2 步：单独运行核心固件保护模块

common 模块组包含与 OEM 无关的安全检查。运行该组或特定模块：

# Run the whole common group
sudo chipsec_main -m common

# BIOS write protection: checks BIOS_CNTL BLE/SMM_BWP and SPI protected ranges
sudo chipsec_main -m common.bios_wp

# SPI flash descriptor lock (FLOCKDN) — are flash region accesses locked?
sudo chipsec_main -m common.spi_lock

# SMRR programming — protects SMRAM from cache-based attacks
sudo chipsec_main -m common.smrr

# SMM BIOS write protection
sudo chipsec_main -m common.smm

# S3 resume boot-script protection (against bootscript table attacks)
sudo chipsec_main -m common.uefi.s3bootscript

第 3 步：验证 Secure Boot 变量保护

# Checks that Secure Boot UEFI variables are properly protected
sudo chipsec_main -m common.secureboot.variables

# To actively test write protection of the variables (test hardware ONLY):
sudo chipsec_main -m common.secureboot.variables -a modify

第 4 步：检查 SPI flash 区域访问权限

# Report SPI flash regions, descriptor, and access permissions
sudo chipsec_util spi info

# Check the SPI access-control module
sudo chipsec_main -m common.spi_access

第 5 步：转储 SPI flash 以进行离线取证

转储 flash 后可解码固件卷，并与已知良好的 OEM 镜像进行对比。

# Dump the entire SPI flash to a file
sudo chipsec_util spi dump rom.bin

# Decode the dumped image: extracts firmware volumes, files, NVRAM variables, etc.
sudo chipsec_util decode rom.bin

第 6 步：枚举并分类 UEFI 变量

# List all UEFI variables from the runtime interface
sudo chipsec_util uefi var-list

# List variables directly from the SPI image (offline)
sudo chipsec_util uefi var-find PK
sudo chipsec_util uefi var-read db <GUID> db.bin

# Decode the UEFI firmware structure
sudo chipsec_util uefi decode rom.bin

第 7 步：在没有内核驱动的情况下进行有限评估

在无法加载驱动的情况下（Secure Boot 锁定），部分检查仍可以只读方式运行。

sudo chipsec_main -n            # --no_driver: skip checks that need the driver
sudo chipsec_main -p <PLATFORM> # force platform code if auto-detect fails

第 8 步：分类结果并报告

• bios_wp / spi_lock 为 FAIL → 固件可从操作系统重写：对 T1542.001 而言风险很高。
• secureboot.variables 为 FAIL → Secure Boot 策略可被篡改。
• 将 spi dump 与 OEM 的已知良好镜像进行对比（对固件卷做哈希），以检测未经授权的修改。
• 在报告中记录平台、BIOS 版本以及每个 FAIL/WARNING 及其相关寄存器值。

工具与资源

工具	用途	来源
chipsec_main	自动化平台安全测试套件	https://github.com/chipsec/chipsec
chipsec_util	手动硬件/固件访问（spi、uefi、decode）	https://chipsec.github.io/
UEFITool	对转储的 UEFI 镜像进行 GUI/CLI 解析	https://github.com/LongSoft/UEFITool
Binarly fwhunt	固件漏洞/植入物搜寻规则	https://github.com/binarly-io/fwhunt-scan
NSA UEFI Secure Boot 指南	加固参考	https://media.defense.gov/

核心模块参考

模块	检查项
common.bios_wp	BIOS_CNTL BLE / SMM_BWP 和 SPI Protected Ranges
common.spi_lock	SPI flash descriptor FLOCKDN
common.spi_access	SPI flash 区域读/写权限
common.smrr	System Management Range Registers 编程
common.smm	SMM BIOS 写保护
common.secureboot.variables	Secure Boot 变量保护
common.uefi.s3bootscript	S3 恢复启动脚本保护

验证标准

• 已安装 CHIPSEC 且驱动可加载（若不可加载，则记录 -n）
• 已执行完整的 chipsec_main 套件并保存 JSON/XML/log 输出
• 已解读 common.bios_wp 结果（写保护状态）
• 已解读 common.spi_lock / spi_access 结果（descriptor 锁定）
• 已记录 SMRR/SMM 模块结果
• 已检查 Secure Boot 变量保护
• 已转储并解码 SPI flash 以进行离线分析
• 已枚举并分类 UEFI 变量
• 已记录所有 FAIL/WARNING 发现及平台/BIOS 版本
• 未在生产硬件上运行写入/修改类模块