Insecure-by-Design: Sicherheitsanalyse eines Smart Home Standards

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1 Insecure-by-Design: Sicherheitsanalyse eines Smart Home Standards Philipp Morgner Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Lehrstuhl für IT-Sicherheitsinfrastrukturen Digitalisierung und Internet der Dinge Technologien und gesellschaftliche Verantwortung Schwerte, 19. April 2018

2 Zu weit gegangen? 19. April

3 Haushalt Smart Home Thermometer Kühlschrank Licht Heizung 19. April

4 ZigBee Smart Home Standard (Netzwerk und Anwendungen) Seit 2003, ZigBee Alliance >400 beteiligte Firmen >1.600 zertifizierte Produkte >100M installierte Geräte Dez 16: ZigBee 3.0 Spezifikationen Verschiedenste Anwendungen: Lampen, Heizung und Klima,, Türschlösser, Alarmanlagen 19. April

5 Wirtschaftliche Einflüsse auf IoT Standardisierung Konsumenten belohnen Früher Markteintritt Neue Funktionen Einfache Benutzbarkeit Wirtschaftlich erfolgreicher IoT Standard Zubehör- Hersteller bevorzugen Einfache Adaption und Sicherheit? 19. April

6 Wie funktioniert eine Sicherheitsanalyse? Sicherheitsziele und Angreifermodell definieren Sicherheitsmechanismen verstehen Sicherheitsmechanismen angreifen /umgehen Fazit und Verbesserungsvorschläge 19. April

7 Wie funktioniert eine Sicherheitsanalyse? Sicherheitsziele und Angreifermodell definieren Sicherheitsmechanismen verstehen Sicherheitsmechanismen angreifen /umgehen Fazit und Verbesserungsvorschläge 19. April

8 Sicherheitsziele ZigBee Spezifikationen definieren keine Sicherheitsziele, nur Sicherheitsannahmen Wir definieren folgendes Sicherheitsziel für ZigBee Netzwerke: Der Nutzer sollte immer die Kontrolle über die Geräte behalten. 19. April

9 Angreifermodell Wir nehmen an, dass der Angreifer aus der Funkkommunikation Daten abhören sowie einspeisen kann. keinen physikalischen Zugriff auf die Geräte hat. keinen Zugriff auf die Geräte über das Internet hat. 19. April

10 Wie funktioniert eine Sicherheitsanalyse? Sicherheitsziele und Angreifermodell definieren Sicherheitsmechanismen verstehen Sicherheitsmechanismen angreifen /umgehen Fazit und Verbesserungsvorschläge 19. April

11 Sichere Kommunikation (Vereinfachte Darstellung) Gerät A Key xjk38$kpogfc?q92 Sende Daten XY Angreifer Gerät B Key 19. April

12 Sicherheitsarchitektur von ZigBee 3.0 Zwei Sicherheitsmodelle: Zentralisiertes Modell: Network Key und Link keys Verteiltes Modell: nur Network Key Zentralisiertes Sicherheitsmodell Arten von Netzwerkknoten: C Koordinator R Router E Endgerät Verteiltes Sicherheitsmodell 19. April

13 Sichere Kommunikation Wie kommt der Schlüssel auf das neue Gerät? Gerät A Sende Network Key Gerät B Network Key Angreifer 19. April

14 Commissioning in ZigBee 3.0 Commissioning: Gerät zu Netzwerk hinzufügen (oder neues Netzwerk starten) Commissioning EZ-Mode (Verpflichtend) Touchlink (Optional) Benötigt Smartphone App Nachteile in der Benutzbarkeit Optimiert für Fernbedienungen Einfach einsetzbar 19. April

15 Touchlink Commissioning Inter-PAN Frames Globaler Master Key Reichweiten Begrenzung 19. April

16 Wie funktioniert eine Sicherheitsanalyse? Sicherheitsziele und Angreifermodell definieren Sicherheitsmechanismen verstehen Sicherheitsmechanismen angreifen /umgehen Fazit und Verbesserungsvorschläge 19. April

17 Analysierte ZigBee Produkte März 2017: keine ZigBee 3.0 Produkte (mit Touchlink) verfügbar Analyse von vier ZigBee Light Link Produkten, die Touchlink unterstützen GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 19. April

18 Inter-PAN frames Spezielle Art von Funk-Nachrichten Übermittlung von Touchlink Befehlen Übernommen aus dem ZigBee Smart Energy Standard (2008) Übertragung ist weder verschlüsselt, noch authentifiziert! 19. April

19 Active Device Scan Suche nach Geräten in Reichweite, die Touchlink unterstützen Attacker Target Device Scan request Scan response Identify request GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 19. April

20 Identify Action Angriff Auslösen der Identifizierungsaktion (z.b. Blinken, Signalton, ) Attacker Target Device Scan request Scan response Identify request GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 9:06:31h 0:01:00h 18:12:14h 9:12:53h 19. April

21 Reset to Factory-New Angriff Zielgerät in den Werkszustand zurücksetzen Attacker Target Device Scan request Scan response Reset to factory new request GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 19. April

22 Permanent Disconnect Angriff Änderung des Funkkanals/Netzwerknames am Zielgerät Attacker Target Device Scan request Scan response Network update request GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 19. April

23 Globaler Master Key NDA-geschützter Touchlink Preconfigured Link Key (= ZLL Master Key) Verschlüsselt den Netzwerkschlüssel vor Funk-Übertragung Master Key Gerät A Sende Dkl(sE2h9d.0Z%7e Network Key Master Key Gerät B Network Key Network Key 19. April

24 Globaler Master Key NDA-geschützter Touchlink Preconfigured Link Key (= ZLL Master Key) Verschlüsselt den Netzwerkschlüssel vor Funk-Übertragung Im März 2015 auf Twitter geleakt: 19. April

25 Hijack Angriff Verbinde Zielgeräte mit dem Netzwerk des Angreifers Attacker Scan request Target Device Mögliche Befehle Scan response An- und ausschalten Network key encryption Network join end device request Lichtfarbe ändern Blinken Network join end device response Network key decryption GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify 19. April

26 Netzwerk Key Extraktion Extrahiere Netzwerk Key durch Abhören eines Touchlink Verfahrens GE Link IKEA Trådfri Philips Hue Osram Lightify GE und Osram: Nutzer hat keine Möglichkeit Touchlink über eine App auszuführen 19. April

27 Proximity Check Begrenzt Reichweite aus der Touchlink Befehle akzeptiert werden Spezifikationen: Zielgerät misst die Signalstärke des empfangenen Scan Requests Wenn Signalstärke > vordefinierter Schwellwert, dann sende Scan Response Proximity Check Auswertung des Proximity Check: System Erlaubte Reichweite Philips Hue 1.8m Osram Lightify 1.6m GE Link 1.8m IKEA Tradfri 1.5m 19. April

28 Bug im Proximity Check Forscher vom Weizmann Institut: Bug im Proximity Check bei Philips Attacker Target Device Scan request Scan response Proximity Check Reset to factory new request TrID = 0 Wir haben weitere Produkte untersucht: Gleicher Fehler bei Osram und GE IKEA Produkte: Bug gefixt, aber anderer Fehler 19. April

29 Reichweite der Angriffe Radio Transceiver: Ettus USRP B200 Getestet auf Sportplatz, Sichtlinie Aktive Angriffe: Produkt Erlaubte Reichweite Angriffs- Reichweite Ausnutzung Bug Philips Hue 1.8m 36m (patched) Osram Lightify 1.6m 15m >190m GE Link 1.8m 28m >190m IKEA Tradfri 1.5m >190m >190m 19. April

30 Mithören des Network Keys Radio Transceiver: Ettus USRP B200 Getestet auf Sportplatz, Sichtlinie IKEA Trådfri 42 Meter Philips Hue 130 Meter 19. April

31 Wie funktioniert eine Sicherheitsanalyse? Sicherheitsziele und Angreifermodell definieren Sicherheitsmechanismen verstehen Sicherheitsmechanismen angreifen /umgehen Fazit und Verbesserungsvorschläge 19. April

32 Veröffentlichung und Rückmeldung Herstellern und ZigBee Alliance in Aug 16 und Mai 17 benachrichtigt ZigBee Alliance bestätigte unsere Ergebnisse GE Keine Rückmeldung IKEA Einige Bugs behoben Philips Bug im Oktober 2016 behoben Osram Bug im Juli 2017 behoben Touchlink standardmäßig deaktiviert 19. April

33 Medien-Berichterstattung 19. April

34 Fazit Touchlink ist Insecure-by- Design Einzelnes Touchlink Gerät im Netzwerk kann Network Key verraten. Erneuerung von Globalen Master Key nicht möglich wegen Rückwärtskompatibilität Unsere Empfehlung an die Hersteller: Touchlink in allen ZigBee 3.0 Produkten deaktivieren Alternative: EZ-Mode Commissioning mit Install Codes (auch wenn es unkomfortabler in der Benutzbarkeit ist) 19. April

35 Wirtschaftliche Einflüsse auf IoT Standardisierung Konsumenten belohnen Früher Markteintritt Neue Funktionen Einfache Benutzbarkeit Wirtschaftlich erfolgreicher IoT Standard Zubehör- Hersteller bevorzugen Einfache Adaption und Sicherheit? 19. April

36 Danke für Ihre Aufmerksamkeit! Gibt es Fragen?

37 Zum Nachlesen: Philipp Morgner, Stephan Mattejat, Zinaida Benenson, Christian Müller, Frederik Armknecht. Insecure to the Touch: Attacking ZigBee 3.0 via Touchlink Commissioning. In Proceedings of WiSec'17. Eyal Ronen, Colin O Flynn, Adi Shamir, Achi-Or Weingarten. IoT Goes Nuclear: Creating a ZigBee Chain Reaction. In IEEE Symposium on Security and Privacy, S&P Philipp Morgner, Zinaida Benenson. Exploring Security Economics in IoT Standardization Efforts. In Proceedings of NDSS-DISS April