随着智能家居设备的普及，安全问题日益受到关注。Google Nest Wifi Pro作为全球广泛使用的消费级WiFi路由器，其安全性不仅关系到设备本身的稳定性，更直接影响到用户的网络隐私和数据保护。2023年底，安全研究团队针对Google Nest Wifi Pro进行了深入分析，发现该设备在硬件层面存在电磁故障注入（EMFI）攻击的漏洞，这种攻击能够破坏正常的CPU指令执行流程，最终可能导致恶意代码在最高权限级别EL3安全监控环境中运行，带来严重安全隐患。 电磁故障注入是一种通过向芯片发射强烈短暂的电磁脉冲扰动作业中的电路，从而使得部分电路逻辑失效或产生错误的攻击方法。这种攻击不仅能引起指令跳过，还可能导致指令或操作数被篡改，效果远比传统的局部故障更难以防范。针对Google Nest Wifi Pro采用的Qualcomm IPQ5018 SoC，研究团队设计了一套完整的电磁故障攻击实验平台，利用Keysight的高端设备精确注入电磁脉冲，从而在可控条件下探测SoC的漏洞响应。
研究过程中，团队首先克服了设备物理访问上的技术难题，比如从芯片中提取闪存内容和逆向固件代码。结合此前对软件堆栈的深入逆向，研究者展现了其一贯跨越软件和硬件边界的攻防思路。通过此前披露并获得谷歌修补的安全漏洞（CVE-2024-22013），研究团队成功获得Google Nest Wifi Pro的root权限，利用修改Android早期启动配置（init.rc）文件，允许加载自定义Linux内核模块，为后续电磁故障注入实验奠定了坚实基础。 在硬件故障注入实验方面，研究团队采用了一款DS1180A故障注入控制器、DS1010A高精度XYZ三轴平台和DS1120A单向注入探针，并利用固态继电器实现快速电源控制以恢复设备初始状态。通过将EM故障注入探针精确放置在IPQ5018芯片表面，注入窄脉冲电磁干扰，同时通过修改GPIO管脚状态作为触发信号，借助示波器精确定位了CPU执行特定代码时的时间窗口，从而开展了大规模的故障注入扫描。 为评估电磁故障注入对CPU指令级影响，团队研发了专门的Linux内核模块，在加载后执行一个简单的计数循环，利用ARM汇编代码连续执行一万个加法指令，目标是在受控制的时间段内注入电磁故障并观察计数器值的偏差。
通过对寄存器r7逐步加一的操作，任何指令跳过或操作数错误都会直接反映在最终计数器结果上。利用内核日志记录输出，研究团队能够快速识别电磁干扰是否导致了指令集中的错误执行。 在实施了覆盖整个芯片表面10x10网格的EM扫描实验后，研究团队发现多个位置能够触发计数器偏差，确认了Qualcomm IPQ5018 SoC对电磁故障注入具备高度敏感性。部分故障体现为计数器减少一（对应经典的指令跳过现象），还有些则显示为相关寄存器被错误加载了DDR内存地址，表明操作数在故障下发生了替换。在这些关键位置，团队固定了注入探针位置，以便后续深入优化电磁脉冲的时机和强度，追求更稳定的故障可复现性。 故障注入的定时控制极为关键，团队选择了设备上的工厂重置按钮GPIO信号作为触发源，通过软硬件结合的方式改写启动脚本，确保该GPIO引脚由输入重配置为输出，用于精确标记代码执行开始与结束的时刻。
示波器捕捉到该信号变化后，通过高精度时序调整电磁注入时机，使攻击成功率大幅提升。此外，利用固态继电器控制目标设备电源，实现快速重启和状态复位，显著提升了测试效率并保证实验数据的可靠性。 研究还针对系统启动速度的瓶颈进行了优化。由于内核模块只能在系统完全启动后加载，整体测试进程因启动时间被显著拉长。通过精简启动脚本，仅启动CPU核0并早期执行自定义BusyBox shell，极大缩短了进入root shell环境的时间，为频繁执行故障测试创造了条件。 从技术本质上看，这项研究揭示了Google Nest Wifi Pro路由器中硬件层面存在无法修复的安全缺陷，传统的软件补丁无法根除该风险。
攻击者通过电磁故障注入可破坏主芯片CPU中执行的指令，达到修改运行态代码逻辑的目的，甚至可能利用这一点绕过ARM TrustZone的安全隔离，将恶意代码注入并运行于EL3权限等级的安全监控环境。这意味着即使具备完整的安全固件认证和启动保护，设备仍可能被物理层面攻击所入侵，存在极大的安全威胁。 此次对Google Nest Wifi Pro电磁故障易受性分析为行业敲响警钟，强调了硬件安全防护技术在智能家居设备中的重要性。科研人员和安全厂商应联合加强对SoC芯片的物理层保护，发展更强大的故障检测与防护方案，如增加故障注入检测电路、随机化指令执行时间、硬件冗余等手段，才能有效抵御此类高级物理攻击。 此外，该研究团队在文章末尾诚挚邀请安全领域同仁提出疑问或技术交流，同时开放针对核心技术路线的培训课程，旨在推动该领域的研究普及与人才培养。通过结合软硬件逆向技术、漏洞挖掘、故障注入实验和攻击模拟，安全研究者能够在实验室环境下深度复现复杂攻击路径，提升整体安全防御能力。
总而言之，从获得root权限、加载自定义内核模块到精准实施电磁故障注入，Google Nest Wifi Pro的安全分析提供了硬件安全研究领域宝贵的案例。该漏洞不仅展现了现实环境中高关键权限代码的安全挑战，也促使业界反思当前智能设备在硬件层面防范机制的不足。未来，随着物联网设备数量的激增，跨平台、多层次的安全防护将成为保障用户隐私和网络安全的根基。
