Sicherheitskonzepte für eine generische Interpreter-Plattform für mobile NFC-Geräte

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1 IT-Architekturen und Sicherheitskonzepte für eine generische Interpreter-Plattform für mobile NFC-Geräte Michael Roland 22. März 2010, Campus This work is part of the project 4EMOBILITY within the EU program Regionale Wettbewerbsfähigkeit OÖ (Regio 13) funded by the European regional development fund (ERDF) and the Province of Upper Austria (Land Oberösterreich).

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3 Inhalt NFC Near Field Communication Mobiltelefon, NFC und 4EMOBILITY Mobiltelefon l und NFC im Automobil Ziel der Arbeit Sicherheitskonzepte h it t Aktuell behandelte Themenstellungen 2

4 NFC: Technologie kontaktlose ktl Kommunikation auf 13,56 MHz (mit induktiver Kopplung) über kurze Distanzen (bis zu 10 cm) bis zu 848 kbit/s (Zukunft: bis zu 6 Mbit/s geplant) basiert auf RFID-Technologie und kontaktlosen Smartcards NXP MIFARE bzw. ISO/IEC Sony FeliCa (JIS X ) standardisiert ISO/IEC 18092, ISO/IEC NFC Forum 3

5 NFC: Kommunikation Peer-to-Peer-Modus P ISO/IEC direkte, bidirektionale Kommunikation zwischen NFC-Geräten Reader/Writer-Modus kompatibel zu ISO und FeliCa NFC-Gerät kann auf kontaktlose Tags und Smartcards zugreifen Card-Emulation-Modus kompatibel zu ISO und FeliCa NFC-Gerät kann eine oder mehrere kontaktlose Smartcards emulieren bestehende RFID-Lesegeräte können nicht zwischen Card- Emulation und richtigen Smartcards unterscheiden 4

6 NFC im Mobiltelefon Host-Controller t Mobiltelefonbetriebssystem Ausführungsumgebung für Applikationen zuständig für Reader/Writer- und Peerto-Peer-Modus Secure Element Chipkartenbetriebssystem sichere Ausführungsumgebung zuständig für Card-Emulation-Modus d NFC-Controller Anbindung an die NFC-Luftschnittstelle Anbindung der Secure Elements Host / Basisband Controller NFC Secure Controller Element Antenne 5

7 NFC: typische Anwendungen Payment, Ticketing, Access: NFC-Gerät/Mobiltelefon als Kreditkarte, Debitkarte, Prepaid-Zahlungsmittel Fahrkarte für öffentlichen Personennahverkehr Schlüssel für Zutrittssysteme Smart Poster ( Touch & Go, It s all in a touch. ) Zugriff auf interaktive Inhalte durch einfache Berührung eines Objekts mit einem NFC-Gerät/Mobiltelefon einfaches Ausführen vordefinierter Aktionen (Versand einer SMS/ , Aufruf einer URL, Anruf bei einer Telefonnummer, ) Enabler für andere Kommunikationstechnologien Bluetooth, WiFi, Wireless USB 6

8 Mobiltelefon, NFC und 4EMOBILITY [1] Optimierung von Vorgängen rund um das Automobil mit Hilfe von NFC-Mobiltelefonen Mobiltelefon hat typ. enge Bindung an einen einzelne Person Mobiltelefon hat (permanente) Anbindung an globale Netzwerke NFC enthält sichere Smartcard-Technologie NFC ermöglicht einfache, intuitive iti Bedienung RFID wird bereits jetzt im Auto eingesetzt (z.b. Wegfahrsperre) 2 wesentliche Aspekte: Identifikation des Fahrzeugnutzers sichere Anbindung an Telefonnetz und Internet 1 M. Roland et al.: NFC im Automobil: Software bringt Ökonomie und braucht Sicherheit 7

9 Mobiltelefon und NFC im Automobil 8

10 Beispiel: Fahrzeugschlüssel im Mobiltelefon Mobilfunknetz Fahreridentifikation, Benutzung ungsberechtigung NFC-Mobiltelefon mit Secure Element Mobilfunknetz Fahrzeuge Fahreridentifikation, Benutzungsberechtigung NFC-Mobiltelefon mit Secure Element Internet Mitarbeiter Fuhrparkmanager Berechtigungsverwaltung 9

11 Beispiel: Fahrzeugschlüssel im Mobiltelefon Einsatzgebiete: t Mietwagenfirmen Car-Sharing-Gemeinschaften Fuhrparkmanagement in Unternehmen Vorteile: Optimierung der Fahrzeugnutzung Keine Schlüsselübergabe notwendig Schlüssel sind bei Verlust einfach und schnell sperrbar Höhere Sicherheit durch gezielte Berechtigungsvergabe Zeitersparnis Kombinierbar mit zentraler Fahrtenbuchaufzeichnung Kombinierbar mit automatischer Anpassung von Fahrzeugparametern 10

12 Beispiel: Übertragung von Fahrzeugdaten Mobilfunknetz WiFi/Bluetooth und NFC 11

13 Beispiel: Übertragung von Fahrzeugdaten Einsatzgebiete: Einbindung in intelligente Verkehrsleitsysteme Ferndiagnose & Fernproblembehebung Fahrtenbuch Vorteile: Früherkennung von Fahrzeugproblemen außerhalb der regulären Serviceintervalle Anpassung des Fahrverhaltens anhand von Daten aus Verkehrsleitsystemen NFC ermöglicht Authentizität, ti ität Integrität und Geheimhaltung h der übertragenen Daten 12

14 Probleme Fahrzeugelektronik sehr anfällig für Hacker-Attacken k Bei vielen Fahrzeugen ist Eingriff in das Fahrverhalten, ohne zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen möglich Durch NFC und Internetanbindung entsteht zusätzliche Angriffsfläche! NFC enthält bereits Vorteile der sicheren Smartcard-Technologie ABER: Potential von NFC derzeit noch kaum ausgenutzt Aktuelle Anwendungen nehmen kaum Rücksicht auf Sicherheit DAHER: Vor der Anwendung von NFC-Mobiltelefonen für effizienzsteigerne Maßnahmen im Automobilbereich müssen zuerst ausgereifte Sicherheitskonzepte entwickelt werden! 13

15 Ziel der Arbeit Evaluierung vorhandener Sicherheitskonzepte für Mobiltelefonsysteme Evaluierung von Sicherheitsrisiken für NFC- Anwendungen Erstellung einer Toolbox mit sicherheitsrelevanten Funktionen für NFC-Anwendungen mit Fokus auf eine generische Interpreter-Plattform 14

16 Was sind Sicherheitskonzepte? Regeln und Maßnahmen zur Gewährleistung von Sicherheit für (schützenswerte) Daten (des Anwenders) die Privatsphäre (des Anwenders) das Gerät die Umgebung (des Geräts und des Anwenders) Schutzmaßnahmen: Firewalls (nach außen, aber auch zwischen Anwendungen) Verschlüsselung von Kommunikation und Daten Digitale Signatur wesentlicher Vorteil bei NFC-Geräten: Secure Element Krypto-Coprozessor hoch-sicherer Speicher hoch-sichere Ausführungsumgebung 15

17 Sicherheitskonzepte Typische Konzepte bei mobilen Betriebssystemen: Strikte Trennung von Anwendungen Sicherheits-Policy für den Zugriff auf schützenswerte Funktionen Trennung der Benutzerschnittstelle in Systemfunktionen und Fremdanwendungen (z.b. Fremdanwendung kann keine Dialogfenster des Systems imitieren) Java als Programmiersprache (Java ME, Android) Ausführung von Anwendungen nur in Sandbox Ausschließlich h dokumentierte t Programmierschnittstellen itt t Identifikation von Anwendungen/Herstellern durch digitale Signatur Zertifizierung von Drittanwendungen durch zentrale Instanz (z.b. iphone) 16

18 Sicherheitsrisiken bei NFC-Anwendungen Verwendung manipulierter NFC-Tags Phishing ungewollte Nutzung von teuren Mehrwertdiensten (SMS, ) Einschleusen von Schadcode virtueller Taschendieb unbemerkter Zugriff auf das SE (z.b. im Vorbeigehen) Abbuchung von Kleinstbeträgen Nutzung von Tickets, Berechtigungen bei Zutrittssystemen (z.b. durch Relay-Attacke) Angriffe durch fremde Mobiltelefonapplikationen Phishing oder Abhören von PINs, Kennwörtern, Verfälschung von Statusinformationen (z.b. Anzeige eines falschen Geldbetrags bei SE-Transaktionen) 17

19 Anwendungsfall: Datenaustausch über NFC Einheitliches Format zur Übertragung von Daten über die NFC-Schnittstelle: NDEF z.b. Einsatz bei Bluetooth- & WiFi-Pairing Datenintegrität wird über digitale Signatur erreicht Wir konnten jedoch zeigen, dass das Signaturprotokoll (fertiger Standard!) anfällig für eine Reihe von Angriffen ist [1, 2] Integrität und Authentizität von Datenübertragung über NFC kann derzeit noch nicht gewährleistet werden! Erste Verbesserungsvorschläge wurden dem NFC Forum (zuständiges Standardisierungsgremium) bereits unterbreitet 1 M. Roland et al.: Digital Signature Records for the NFC Data Exchange Format 2 M. Roland et al.: Security Vulnerabilities of the NDEF Signature Record Type 18

20 Anwendungsfall: Authentifikation des Benutzers Fragestellungen Welche Möglichkeiten zur Authentifikation eines Benutzers gegenüber g Anwendungen (am Secure Element) gibt es? Wie und unter welchen Bedingungen kann die Authentifikation (abhör)sicher durchgeführt werden? Authentifikationsmöglichkeiten PIN / Kennwort Biometrische Merkmale Gesicht, Stimme: mit vorhandenen Sensoren messbar Fingerabdruck: noch kein Sensor am Mobiltelefon Smart Card 19

21 Anwendungsfall: Authentifikation der Applikation Fragestellung Ist es möglich eine Applikation (nicht: den Benutzer) am Mobiltelefon gegenüber g dem Secure Element zu authentifizieren? Mögliche Ansätze PKI Host-Controller mit Trusted Execution Environment Mögliche Probleme Chain-of-Trust bei aktuellen Mobiltelefonsystemen noch nicht gegeben g 20

22 Michael Roland Research Associate, NFC FH Oberösterreich, Campus, Austria michael.roland (at) fh-hagenberg.at This work is part of the project 4EMOBILITY within the EU program Regionale 22 Wettbewerbsfähigkeit OÖ (Regio 13) funded by the European regional development fund (ERDF) and the Province of Upper Austria (Land Oberösterreich).

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