مهندسی معکوس چیست؟ 

Reverse engineering یا همان مهندسی معکوس یک فرآیند چندمرحله‌ای است که نیازمند دانش تخصصی، ابزارهای مناسب و رویکرد سیستماتیک است و شامل تحلیل یک سیستم، دستگاه یا شیء برای درک طراحی، عملکرد و نحوه کار آن است. این روش در صنایع مختلفی از جمله توسعه نرم‌افزار، تولید سخت‌افزار، امنیت سایبری و مهندسی مکانیک کاربرد گسترده‌ای دارد. با تجزیه یک محصول، مهندسان می‌توانند نحوه عملکرد آن را کشف کنند، بهبودهای احتمالی را شناسایی نمایند یا جایگزین‌های سازگار ایجاد کنند.

جهت مطالعه بیشتر راجع به مفهوم مهندسی معکوس اینجا کلیک کنید

اهداف کلیدی مهندسی معکوس:

۱- درک عملکرد : فهمیدن نحوه کار یک سیستم.

۲- بهبود یا اصلاح: ارتقای عملکرد یا افزودن قابلیت‌های جدید.

۳- قابلیت همکاری: اطمینان از سازگاری با سایر سیستم‌ها.

۴- تحلیل امنیتی: شناسایی آسیب‌پذیری‌ها برای دفاع یا بهره‌برداری.

۵- تکثیر: ایجاد یک محصول مشابه یا رقیب (مشروط به محدودیت‌های قانونی).

۱– جمع‌آوری اطلاعات و آماده‌سازی (Information Gathering)

اهداف جمع آوری اطلاعات:

•  به درک کلی از سیستم هدف برسد.
•   تمامی داده‌های قابل دسترس را جمع آوری کند.

اقدامات لازم:

1. مستندات موجود: مستندات فنی، راهنماهای کاربری یا پتنت‌ها باید بررسی شود.
2. نمونه‌برداری:  نمونه فیزیکی (در مورد محصولات سخت‌افزاری) باید تهیه شود.
3. تحلیل اولیه:  ورودی‌ها، خروجی‌ها و رفتار کلی سیستم باید شناسایی شود .
4. ابزارهای مورد نیاز: انتخاب ابزارهای مناسب برای مهندسی معکوس (مثل دیس‌اسمبلرها برای نرم‌افزار یا اسکنرهای 3D برای قطعات مکانیکی).

۲- تجزیه و تحلیل ایستا (Static Analysis)

در نرم‌افزار:

1.  کد منبع (اگر در دسترس باشد) باید بررسی شود.
2.  فایل‌های باینری باید با ابزارهای:دیس‌اسمبلرها (IDA Pro, Ghidra)دیکامپایلرها (JD-GUI برای جاوا)آنالیزورهای هگز (HxD)آنالیز شود.
3.   کتابخانه‌ها و توابع مهم شناسایی شود.

در سخت‌افزار:

•   مدارها و قطعات باید بازرسی بصری شود.
•  از میکروسکوپ‌های دیجیتال برای بررسی تراشه‌ها استفاده شود.
•  تست‌های غیرمخرب (مثل اشعه ایکس برای مشاهده لایه‌های داخلی PCB) صورت پذیرد.

۳- تجزیه و تحلیل پویا (Dynamic Analysis)

اقدامات لازم در نرم‌افزار:

•   کد در محیط کنترل‌شده (مثل ماشین مجازی) اجرا شود
•   از دیباگرها (OllyDbg, x64dbg, GDB) استفاده شود.
•  رفتار سیستم (ردیابی فراخوانی‌های سیستمی، تغییرات رجیستری) مانیتور شود.
•  کد برای تغییر رفتار برنامه تزریق شود.

در سخت‌افزار:

•  تست‌های عملیاتی تحت شرایط مختلف صورت پذیرد.
•  از اسیلوسکوپ و آنالایزرهای منطقی برای ردیابی سیگنال‌ها استفاده شود.
•   مصرف انرژی برای شناسایی الگوهای فعالیت بررسی شود.

۴-  مدل‌سازی و بازسازی (Modeling & Reconstruction)

اقداماتی که باید در نرم‌افزار انجام شود:

•  نمودار جریان کنترل (CFG) بازسازی شود.
•  مستندات فنی از منطق برنامه ایجاد شود.
•  کد معادل با حفظ عملکرد اصلی تولید شود.

در سخت‌افزار:

•  نقشه مدار از طریق ترسیم دستی یا نرم‌افزارهای ویژه ترسیم شود.
•  اسکن 3D و طراحی CAD برای قطعات مکانیکی انجام شود.
•   رفتار الکترونیکی با نرم‌افزارهایی مانند  SPICE شبیه‌سازی شود

۶- مستندسازی و گزارش‌دهی (Documentation)

تهیه گزارش فنی شامل موارد زیر صورت پذیرد:

•  یافته‌های کلیدی
•  نمودارها و شماتیک‌ها
•  محدودیت‌ها و چالش‌ها
•  ثبت روش‌های استفاده‌شده برای پیگیری‌های آینده

۷-  کاربرد نتایج (Implementation)

نتایج حاصله از مراحل یشین برای موارد زیر به کار می رود:

•  بهبود محصول موجود
•  توسعه محصولات رقابتی (با رعایت قوانین مالکیت فکری)
•  کشف آسیب‌پذیری‌های امنیتی
•  تولید قطعات جایگزین برای سیستم‌های منسوخ

۱. مهندسی نرم‌افزار

•  تحلیل بدافزارها: متخصصان امنیت سایبری، نرم‌افزارهای مخرب را معکوس می‌کنند تا رفتار آنها را درک کرده و راه‌های مقابله را توسعه دهند.
•  نگهداری سیستم‌های قدیمی: نرم‌افزارهای منسوخ‌شده  را در صورت عدم وجود مستندات اصلی به‌روزرسانی می کند.
•  تحلیل رقابتی:  رقبا را برای بهبود محصولات خود مورد مطالعه نرم‌افزاری قرار می دهد.

۳. مهندسی مکانیک

•  اسکن سه‌بعدی و مدل‌سازی CAD:  اشیاء فیزیکی را به مدل‌های دیجیتال بازسازی می کند.
•  صنعت خودرو و هوافضا:  قطعات خودرو یا هواپیماهای رقبا را تحلیل می کند.
•  بهینه‌سازی تولید:  فرآیندهای تولید با مطالعه ماشین‌آلات موجود را بهبود می بخشد.

جنبه‌های قانونی:

1.  حق تکثیر و حق اختراع: مهندسی معکوس (reverse engineering) برای قابلیت همکاری (مثلاً طراحی اتاق تمیز) معمولاً مجاز است، اما کپی‌برداری از طراحی‌های انحصاری ممکن است منجر به شکایت شود.

2.  قانون DMCA (حق تکثیر هزاره دیجیتال): در برخی موارد، دور زدن سیستم‌های مدیریت حقوق دیجیتال (DRM) را ممنوع می‌کند.

3.  اسرار تجاری: مهندسی معکوس عموماً قانونی است مگر اینکه قراردادی (مانند توافق‌نامه‌های کاربری) آن را ممنوع کرده باشد.

۱- صنعت کامپیوتر و نرم‌افزار

• تولید سیستم عامل سازگار با ویندوز: React OS

 هدف: ایجاد یک سیستم عامل متن‌باز که با ویندوزسازگار باشد.

 روش: مهندسی معکوس (reverse engineering) APIهای ویندوز بدون این که از کد اصلی مایکروسافت استفاده شود.

 چالش: شامل پیچیدگی معماری ویندوز و مسائل حقوقی بود.

• شبیه‌ساز کنسول‌های بازی: Dolphin Emulator

 هدف: شبیه‌سازی سخت‌افزار GameCube و Wii

 روش: تراشه‌های اصلی تحلیل شد و بازسازی رفتار آن‌ها در نرم‌افزار صورت پذیرفت.

نتیجه:  بازی‌های نینتندو روی PC با دقت بالا اجرا شد.

۲- صنایع نظامی و هوافضا

• تولید بمب‌افکن توپولف Tu-4 (کپی B-29 آمریکایی)

 داستان: در سال ۱۹۴۴، یک B-29 آمریکایی در خاک روسیه فرود اضطراری کرد.

 اقدام روسیه: مهندسی معکوس(reverse engineering) کامل هواپیما را در ۹۰۰ روز انجام داد.

 نتیجه:  Tu-4 که حتی اشکالات جزئی B-29 را هم کپی کرده بود تولید شد!

• موشک V-2 آلمان و برنامه موشکی آمریکا

 پس از جنگ جهانی دوم: آمریکا ۱۰۰ موشک V-2 و مهندسان آلمانی را به سرقت برد.

 نتیجه:  برنامه موشکی NASA و ارتش آمریکا ایه گذاری شد.

۳- صنعت خودروسازی

• ساخت خودروی چینی Geely GE (کپی رولزرویس فانتوم)

 جزئیات: در سال ۲۰۰۹، Geely خودرویی با طراحی بسیار مشابه فانتوم عرضه کرد.

 واکنش رولزرویس: ادعای نقض کپی رایت را مرح کرد، اما به دلایل فنی از پیگیری قانونی آن صرف نظر کرد.

• ساخت موتورهای تویوتا توسط چینی‌ها

 روش: شرکت‌های چینی موتورهای تویوتا را کاملاً جداسازی و کپی کردند.

 نتیجه: موتورهای مشابه با ۳۰% قیمت کمتر تولید شد.

۴-  صنعت الکترونیک و سخت‌افزار

• تراشه ۸۰۸۶ اینتل و کپی‌های روسی

 در دوران جنگ سرد: اتحاد جماهیر شوروی تراشه‌های اینتل را مهندسی معکوس می‌کرد.

 نتیجه: سری تراشه‌های КР۵۸۰ВМ۸۰А که معادل ۸۰۸۰ بودند تولید شد.

• آیفون و صنعت تعمیرات

پس از عرضه آیفون: شرکت‌های ثالث با مهندسی معکوس(reverse engineering)، قطعات جایگزین را تولید کردند.

 چالش اپل: با استفاده از تراشه‌های تشخیص اصالت با این کار مبارزه قانونی کرد.

۵- امنیت سایبری

• کرم استاکسنت (Stuxnet)

 کشف: در سال ۲۰۱۰ شناسایی شد.

 تحلیل: مهندسی معکوس نشان داد که برای تخریب سانتریفیوژهای هسته‌ای ایران طراحی شده بود.

 نتیجه: نقطه عطفی در جنگ‌های سایبری مدرن ایجاد کرد.

• باج‌افزار واناکرای (Wanna Cry)

 در سال ۲۰۱۷: تحلیلگران با مهندسی معکوس (reverse engineering) مکانیسم رمزنگاری را شکستند.

 کشف: استفاده از آسیب‌پذیری Eternal Blue که از NSA سرقت شده بود.

۶. صنعت پزشکی

• دستگاه‌های تنفسی در همه‌گیری کووید-۱۹

 مشکل: در سال ۲۰۲۰ در همه یری کرونا با کمبود دستگاه های ونتیلاتور مواجه شدیم.

 اقدام: شرکت‌ها با مهندسی معکوس (reverse engineering) مدل‌های موجود، طراحی‌های ساده‌تر ایجاد کردند.

 نتیجه: به سرعت دستگاه‌های کم‌هزینه تولید شد.

۷. صنعت هوانوردی غیرنظامی

• موتورهای CFM56 توسط چین

 برنامه چین:  موتورهای غربی را  برای تولید CJ-1000A مهندسی معکوس کند.

 چالش:  توربین‌های مدرن پیچیدگی فوق العاده بالایی داشتند.

۱. چالش‌های فنی و تکنولوژیکی

الف- پیچیدگی سیستم‌های مدرن

 مقیاس سیستم‌ها: سیستم‌های امروزی (مثل پردازنده‌های ۶۴ بیتی چندهسته‌ای) نسبت به نمونه‌های قدیمی به مراتب پیچیده‌تر هستند.

 معماری‌های لایه‌ای: استفاده از لایه‌های انتزاعی متعدد (مانند virtualization) تحلیل را دشوار می‌کند.

 ادغام سخت‌افزار-نرم‌افزار: سیستم‌های SoC (System on Chip) مهندسی معکوس (reverse engineering) را به چالش می‌کشند.

ب- تکنیک‌های ضد مهندسی معکوس

کد مبهم‌سازی (Obfuscation):

•   ساختار کد بدون تغییر عملکرد تغییر دهیم.
•   از نام‌های بی معنی برای متغیرها و توابع استفاده کنیم.

 بسته‌بندی اجرایی (Executable Packing):

•    کد اجرایی فشرده سازی یا رمزنگاری شوند.
•    فقط هنگام اجرا از حالت فشرده خارج شوند.

 کد خودتغییردهنده (Self-modifying Code):

• کد در حین اجرا خود را تغییر دهد.

 تشخیص محیط‌های مجازی (Anti-VM):

• کد در محیط‌های مجازی یا دیباگ اجرا نشود.

ج- محدودیت‌های ابزاری

• عدم پشتیبانی از معماری‌های جدید: بسیاری از دیس اسمبلرها از معماری‌های جدید پشتیبانی نمی‌کنند.
•  هزینه بالای ابزارهای تخصصی: ابزارهایی مانند IDA Pro هزینه‌های بالایی دارند.
•  محدودیت در تحلیل سخت‌افزار: تجهیزاتی مانند FIB (Focus Ion Beam) بسیار گران هستند.

۲. چالش‌های حقوقی و اخلاقی

الف- قوانین مالکیت فکری

•  حقوق کپی‌رایت: مهندسی معکوس نرم‌افزارهای اختصاصی ممکن است نقض قانون باشد.
•  قوانین رمزنگاری: در برخی کشورها مهندسی معکوس سیستم‌های رمزنگاری ممنوع است.
•  توافقنامه‌های کاربری (EULA): بسیاری از نرم‌افزارها مهندسی معکوس (reverse engineering) را ممنوع می‌کنند.

ب- مسائل اخلاقی

•  استفاده مخرب: ممکن است نتایج برای اهداف مخرب (مثل ساخت ویروس) استفاده شود.
•  مسئولیت افشا: در صورت یافتن آسیب‌پذیری، افشای مسئولانه چالش‌برانگیز است.
•  رقابت ناعادلانه: استفاده برای کپی‌برداری غیرقانونی از محصولات رقبا.

۳. چالش‌های منابع انسانی

الف- نیاز به تخصص بالا

•  دانش چندرشته‌ای: نیاز به آشنایی با الکترونیک، برنامه‌نویسی و سخت‌افزار دارد.

•  تخصص در ابزارها: تسلط بر ابزارهای پیچیده مانند Ghidra یا JTAG Debuggers را می طلبد.

•  تجربه عملی: بسیاری از تکنیک‌ها فقط با تجربه عملی قابل یادگیری هستند.

ب- کمبود متخصص

•  تخصص نادر: مهندسان معکوس مجرب کم هستند.

•  زمان‌بر بودن آموزش: آموزش یک مهندس معکوس ماهر سال‌ها طول می‌کشد.

۴. چالش‌های امنیتی

الف- خطرات امنیتی

•  کدهای مخرب: ممکن است نمونه حاوی کدهای مخرب باشد.

•  آسیب به سیستم: مهندسی معکوس (reverse engineering) سخت‌افزار ممکن است به دستگاه آسیب بزند.

•  نشت اطلاعات: ممکن است در حین کار اطلاعات حساس فاش شود.

ب- مقابله سازندگان

•  مکانیسم‌های حفاظتی: مثل fuse bits در میکروکنترلرها که پس از خواندن پاک می‌شوند.

•  دادگاه‌های قانونی: شرکت‌های بزرگ از طریق قانون با مهندسی معکوس مقابله می‌کنند.

۵. چالش‌های اقتصادی و زمانی

الف- هزینه بالا

 تجهیزات تخصصی: مثل SEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی) هزینه‌های میلیونی دارد.

 زمان تحلیل: مهندسی معکوس (reverse engineering) یک سیستم پیچیده ممکن است ماه‌ها طول بکشد.

ب- بازدهی نامشخص

 عدم تضمین نتیجه: ممکن است پس از ماه‌ها کار به نتیجه نرسید.

 منسوخ شدن فناوری: ممکن است تا پایان تحلیل، فناوری منسوخ شود.