Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen. Johannes Morgenroth, Lars Wolf
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- Falko Wagner
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1 Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen Johannes Morgenroth, Lars Wolf Essener Workshop zur Netzsicherheit 2011
2 Gliederung Einführung Architektur Sicherheitsanalyse Maßnahmen Schlusswort Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 2
3 Motivation Bildmaterial: Open Transport Tycoon Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 3
4 Motivation Idee Busse bewegen sich im gesamten Stadtgebiet Flächendeckende Aufnahme von Messwerten Zeitnahe Übertragung der Daten? Mobilfunk verursacht hohe laufende Kosten OptraCom Aufbau eines unterbrechungstoleranten Kommunikationssystems Nutzung von WLAN (kostengünstig, lizenzfrei) ÖPNV-Fahrzeuge als mobile Sensoren und Datentransporter Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 4
5 Motivation Bildmaterial: Open Transport Tycoon Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 5
6 Anwendungen Aufnahme von Messwerten Umwelt: Temperatur, Luftgüte,... Statistiken: Anzahl der Passagiere, Fahrgeschwindigkeit, Fehlfunktionen Fahrgastinformationssystem Versorgung mit aktuellen Fahrplänen Transport von Multimediainhalten Rückführung von Nutzungsstatistiken Systemaktualisierungen Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 6
7 Architektur Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 7
8 Komponenten Mobile Knoten auf Fahrzeugen Stationäre Knoten Steigerung der Kapazität Verringerung von Latenzen Netzanbindung bei stationären Knoten (optional) Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 8
9 Komponenten Mobile Knoten auf Fahrzeugen Stationäre Knoten Steigerung der Kapazität Verringerung von Latenzen Netzanbindung bei stationären Knoten (optional) Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 8
10 Komponenten Mobile Knoten auf Fahrzeugen Stationäre Knoten Steigerung der Kapazität Verringerung von Latenzen Netzanbindung bei stationären Knoten (optional) Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 8
11 Komponenten Mobile Knoten auf Fahrzeugen Stationäre Knoten Steigerung der Kapazität Verringerung von Latenzen Netzanbindung bei stationären Knoten (optional) Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 8
12 Einfu hrung Architektur Sicherheitsanalyse Maßnahmen Hardware Ubiquiti Routerstation Pro Atheros AR7161 (MIPS) 680MHz, 128MB RAM, USB 2.0 Massenspeicher (USB), WLAN (IEEE a/b/g) GPS, Bleiakku Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten O PNV-Netzen 9 Schlusswort
13 Hardware Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 10
14 Moderne Kommunikationsnetze V Netz S S S durchgängige Ende-zu-Ende Verbindung Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 11
15 Mobile Ad-Hoc Netze Herausforderung Knoten permanent in Bewegung wechselnde Nachbarn Kommunikation zwischen Knoten über Ad-Hoc WLAN Durchgehende Ende-zu-Ende Verbindung nicht verfügbar Delay Tolerant Networking (DTN) Store-Carry-Forward Übertragung der Daten in Bündeln Architekturbeschreibung (RFC 4838) Bundle Protocol Spezifikation (RFC 5050) Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 12
16 Store-Carry-Forward Prinzip D C B A Bildmaterial: Open Transport Tycoon Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 13
17 Software OpenWRT Baukasten für Router-Firmware Plattform für Embedded Hardware Linux Kernel + uclibc IBR-DTN Bundle Protocol Stack Wegewahl, Speicherung, Weiterleitung, API,... Stark modularisiert Optimiert für eingebettete Systeme OpenWRT Applikationen IBR-DTN uclibc Linux Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 14
18 Sicherheit Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 15
19 Einfu hrung Architektur Sicherheitsanalyse Maßnahmen Schlusswort Gefahren - Vandalismus Quelle: Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten O PNV-Netzen 16
20 Gefahren - Jamming Quelle: Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 17
21 Gefahren - (D)DoS-Attacken Quelle: The Specs Effect, youtube.com Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 18
22 Gefahren Vandalismus Jamming (D)DoS-Attacken Bugs in der eingesetzten Software Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 19
23 Gefahren Vandalismus (nicht zu verhindern) Jamming (nicht zu verhindern) (D)DoS-Attacken Bugs in der eingesetzten Software Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 19
24 Gefahren Vandalismus (nicht zu verhindern) Jamming (nicht zu verhindern) (D)DoS-Attacken Bugs in der eingesetzten Software Gegenmaßnahmen Penetrationstests und Werkzeuge zur Risikoklassifizierung Prozesse zur Einrichtung und Sicherung von neuen Knoten Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 19
25 Systemanalyse Betrachtung des Systems als White Box Welche Software existiert auf dem System? Einsatz von Port- und Schwachstellenscanner nmap, OpenVAS, Metasploit Potenzielle Schwachstellen Linux Kernel (2x) Fehler in IPC kann zum Kernel Oops führen Fehler in Keyring Verwaltung kann zur Kernel Panic führen OpenSSL (1x) Mangelnde NULL Pointer Prüfung bei Verwendung von bn wexpand Pufferüberlauf möglich: Absturz oder Übernahme denkbar Relevanz für unser System ist unklar Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 20
26 Systemanalyse: IBR-DTN Code Review Statische Quellcodeanalyse (Flawfinder) Keine Risiken festzustellen DoS Angriff Neighbor Discovery Beacons benötigen keine Authentifizierung Ankündigung von vielen Knoten hohe CPU Last, Kommunikation nicht mehr möglich Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 21
27 Schutz vor Angreifern Angriffsszenarien Einschleusen von Bündeln Mitlesen von Bündeln Abfangen von Nachrichten Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 22
28 Schutz vor Angreifern Angriffsszenarien Einschleusen von Bündeln Mitlesen von Bündeln Abfangen von Nachrichten Bundle Security Protocol Optionale Erweiterung des Bundle Protocol Authentifizierung, Integrität und Vertraulichkeit Ende-zu-Ende und Hop-by-Hop Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 22
29 Bundle Security Protocol Anwendung Anwendung Bundle Bundle Hello World API API Hello World Daemon (A) BP Daemon (B) BP Daemon (C) Bundle Bundle Bundle Bundle Hello World Hello World Hello World Hello World Verschlüsselung (C) Verschlüsselung (C) Verschlüsselung (C) Verschlüsselung (C) Signierung (A) Signierung (A) Signierung (A) Signierung (A) Authentifizierung Authentifizierung Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 23
30 Schutz vor Angreifern Angriffsszenarien Abfangen von Nachrichten (D)DoS Attacke Softwarelücken ausnutzen IBR-DTN Transport Vermittlung Sicherungsschicht Bitübertragung Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 24
31 Schutz vor Angreifern Angriffsszenarien Abfangen von Nachrichten (D)DoS Attacke Softwarelücken ausnutzen Netz kryptographisch schließen WEP unsicher/geknackt WPA (kein Ad-Hoc Mode) WPA2 (kein Ad-Hoc Treiber verfügbar) IBR-DTN Transport Vermittlung Sicherungsschicht Bitübertragung Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 24
32 Schutz vor Angreifern Netz kryptographisch schließen Ad-Hoc VPN (tinc) kapselt die Kommunikation zwischen Knoten Firewall blockt alles bis auf Kommunikation mit VPN Daemon Zugriff ausschließlich mit gültigen Zertifikaten möglich WEP-128 zum Schutz vor versehentlichem Zugriff VPN WEP IBR-DTN Transport Vermittlung Sicherungsschicht Bitübertragung Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 25
33 Zusammenfassung Motivation Nutzung von ÖPNV-Fahrzeugen zum Transport von Daten Kostengünstige Infrastruktur Hohe Abdeckung bei Aufnahme von Messwerten Architektur eines unterbrechungstoleranten Kommunikationssystems Netzkomponenten basierend auf Linux und IBR-DTN Netzkommunikation über WLAN Sehr exponiert! Mehrschichtiges Sicherheitskonzept Penetrationstests Keine signifikanten Lücken festgestellt Stellt lediglich die Anwesenheit von Sicherheitsmängeln fest Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 26
34 Ausblick Neighbor Discovery Stabilität gegenüber DoS Angriffen Angriffe erkennen und blocken Authentisierung der Beacons Sink-Hole Angriff (ohne VPN) Studentische Arbeit Erkennen ob ein Bündel den anderen Knoten erreicht hat Verwendung von TLS zur Authentifizierung Tests Dauerhaftes virtuelles Testbed Angriffe ausprobieren Aktualisierungsstrategien erproben Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 27
35 Fragen? Johannes Morgenroth Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 28
36 Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 29
37 Motivation Stationäre Erfassung von Messwerten Typischerweise ein Container Beobachtung über längeren Zeitraum möglich Installation aufwendig Lokal beschränkt Periodisches einsammeln der Daten notwendig Quelle: Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 30
38 Motivation Mobile Erfassung von Messwerten Umgerüstetes Fahrzeug mit Messtechnik Flächendeckend bei entsprechendem Aufwand Schnell verfügbar Momentaufnahme, keine Entwicklung Quelle: Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 31
39 Anwendungen Überwachung von streckenseitigen Anlagen Gleisanlagen oder Signalgeber Erweiterung durch Funkmodule Einsammeln von aufgezeichneten Daten Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 32
40 DTN Stack BundleProtocol Anwendung BundleProtocol Anwendung BundleProtocol BundleProtocol BundleProtocol Transportprotokoll 1 Transportprotokoll 1 Transportprotokoll 2 Transportprotokoll 12 Netzwerk1 Netzwerk1 Netzwerk2 Netzwerk2 Quelle: Diplomarbeit, Oliver Langner Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 33
41 Aktualisierungen Eigenschaften Mehrstufiges Verfahren Verteilung von Aktualisierungspaketen über DTN Aktualisierung erfolgt über einen längeren Zeitraum Mischbetrieb im virtualisiertem Testbed erproben Neue Softwareversionen müssen zusammen mit der vorherigen Software eine Basisfunktionalität beibehalten Jeder aktualisierte Knoten sendet einen Aktualisierungsstatus Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 34
42 Hydra - Virtualisiertes Testbed Eigenschaften Schneller Aufbau von Szenarien Bewegungssimulation in Echtzeit Virtualisierte Hardware (XEN, VirtualBox,...) Einbindung echter Hardware möglich Identische Software Anwendungsfälle Erprobung von Aktualisierungen Testen neuer Wegewahlverfahren Sicherheitskritische Angriffe Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten ÖPNV-Netzen 35
43 Johannes Morgenroth Sicherheit in DTN-basierten O PNV-Netzen 36
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