Handshake von SIM und GSM Basisstation

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1 Handshake von SIM und GSM Basisstation Prüfungsvorleistung im Rahmen der Vorlesung Chipkarten SS 05

2 Inhalt GSM und Sicherheit Sicherheitsdienste GSM Algo Authentifizierung PDU (herausgenommen)

3 GSM und Sicherheit Daten hierzu sind abgelegt im Authentication Centre und SIM zu jeder Mobile Station übertragbar SIM speichert persönliche und geheime Daten wird per PIN geschützt

4 GSM und Sicherheit II Auf einer SIM befindet sich auch: geheime Schlüssel Verschlüsselungsalgorithmen Diese sind für normale Nutzer unzugänglich

5 Sicherheitsdienste in GSM Zugangskontrolle und Authentifizierung Vertraulichkeit Anonymität

6 Zugangskontrolle Mobile Station sorgt für eine Authentifizierung des Benutzers wird durch die SIM Karte erreicht Diese fragt nach einer PIN (Personal Identification Number) Nächster Schritt: Teilnehmerauthentifzierung wird hier behandelt beruht auf dem Challenge Response Verfahren

7 Vertraulichkeit Jegliche Nutzdaten werden verschlüsselt Übertragen Nach Authentifizierung wenden die Basisstation und Endgeräte Verschlüsselungsverfahren an Sprache, Daten, Signalisierung Verschlüsselung aber nur zwischen Endgerät und Basisstation

8 Anonymität Nutzdaten werden verschlüsselt keine Kennungen werden übertragen damit Nutzer anonym bleibt Erhält temporäre Kennung TMSI = Temporary Mobile Subscriber Identity wird regelmäßig oder auf Anforderung gewechselt

9 GSM Algorithmen 3 Algorithmen wurden spezifiziert, um Sicherheitsdienste zu ermöglichen. Authentifizierung Algorithmus A3 Verschlüsselung Algorithmus A5 Erzeugung von Schlüsseln Algorithmus A8

10 Algorithmen Ursprünglicher GSM Standard Algo A5 öffentlich zugänglich, ist im Endgerät implementiert, restliche Algorithmen sind geheim 1998 gesetzeswidrige Veröffentlichung Algorithmen waren schwach Mobilfunkbetreiber setzten auf stärkere geheime Algo A3 und A8 arbeiten auf der SIM oder im Authentication Centre daher properitär gestaltet

11 Authentifizierung Bevor GSM Dienst in Anspruch genommen werden kann -> Authentifizierung basiert auf : dem im SIM gespeicherten individuellen Schlüssel K der Teilnehmerkennung IMSI dem Algorithmus A3

12 Challenge Response Authentifizierung wendet ein Challenge Response Verfahren an. Challenge Text wird von der sendenden Station mit geheimen Schlüssel verschlüsselt. Von der Empfangsstation empfangen und entschlüsselt und mit Originaltext verglichen

13 Schritt 1 Zugangssteuerung AC (Access Control) erzeugt eine Zufallszahl RAND (Random Number) dieses ist die Anfrage (challenge)

14 Schritt 2 SIM (Subscriber Identify Module) im Gerät antwortet mit SRES (Signed RESponse) Erzeugung der Zufallszahl Berechnung der SRES K Schlüsselerzeugung Verschlüsselung der Nutzdaten Werde alle im Authentication Centre durchgeführt. und schließlich im HLR (Home Location Register) abgelegt

15 Schritt 3 Für Authentifizierung sendet nun das VLR (visitor location register) RAND (random number) zur SIM nun berechnet die SIM mit Algo A3 eine Antwort

16 Schritt 4 AC (access control) berechnet ebenso die Werte mithilfe Algo A3 nun Vergleich Wert der SIM Berechnung mit der lokalen wenn Wert gleich ist -> authentifiziert ansonsten -> abweisung

17 Ablauf als Grafik Bild mit Copyright entnomenn aus [2]

18 Ablaufdiagramm des Handshakes Basisstation (Access Control Center) SIM 1. Sende fest eingespeicherte IMEI Nummer ACC kennt nun den dazugehörigen geheimen Key der auf der Karte sein müsste 2. Sende nun eine Zufallszahl an die SIM Karte Nun wird mit der Zufallszahl und dem Key gerechnet und zwar auf der SIM Karte und im Access Control Center. Es kommt ein Ergbnis raus welches mit einem geheimen Algorithmus berechnet wurde. 3. SIM sendet das Ergbnis der Berechnung zurück Wenn das Ergebnis nun übereinstimmt ist man authentifiziert.

19 Sicherheitsprobleme Die Basisstation überprüft ob die SIM Karte Dienste in Anspruch nehmen darf Die SIM Karte überprüft hingegen nicht, ob sie einen vertrauenswürdigen Kommunikationspartner hat. (nur das Access Control Center führt eine Überprüfung durch) Böswillige Nutzer können dies nun ausnutzen, bekannt unter IMSI Catcher

20 Ablauf Der Schlüssel K ist in der SIM gespeichert vom Mobilfunkbetreiber vorgegeben und auch dort bekannt. Aus einer Zufallszahl und dem Schlüssel wird mit Hilfe des Algorithmus A3 die Antwort erstellt. Die Zufallszahl wird an die SIM gesendet. Die SIM berechnet nun mit der Zufallszahl und dem Algorithmus A3 die Antwort Die Antwort überträgt nun die SIM ans Mobilfunknetz und wird dort mit der lokalen Berechnung verglichen. Stimmt sie überein, kann man das Netz benutzen

21 IMSI Catcher Ein Angriffpunkt ist, wenn man ein Gerät verwendet welches sich als Basisstation ausgibt. Da die SIM die Echtheit einer Basisstation nicht überprüfen kann, ist dies möglich. Die SIM kommuniziert nun mit der fingierten Basisstation Dadurch ist es möglich Gespräche abzuhören Anmerkung: Die Verschlüsselung wird zusätzlich per Befehl ausgeschaltet. Wird von Strafverfolgungsbehörden verwendet.

22 IBM Duplizieren von SIM Karten in Minuten partitioning attack - Side Channel Attack Keine kryptografische Analyse Seitenkanäle ausschnüffeln EMV messen Stromverbrauch der einzelnen operationen messen nur bei älteren SIM Karten möglich allerdings nur 7 Kommunikationsvorgänge mit der Basisstation nötig (alte Methoden oftmals Durchläufe)

23 Quellen [1] J. Eberspächer / H.-J. Vögel GSM Global System for Mobile Communication 2 Auflage Verlag Teubner Stuttgart [2] Jochen Schiller Mobilkommunikation 2. Auflage Verlag Addision Wesley

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