Gone in 360 Seconds Hijacking with Hitag2
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- Karin Steinmann
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![Gone in 360 Seconds Hijacking with Hitag2 Umgehen der elektronischen Wegfahrsperre moderner Fahrzeuge basierend auf: [1] Sebastian Lehmann 17.](/docs-images/66/54833060/images/1-0.jpg "Februar 2014 SEMINAR MODERNE KRYPTOANALYSE KIT University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Laboratory of the Helmholtz Association www.")
1 Gone in 360 Seconds Hijacking with Hitag2 Umgehen der elektronischen Wegfahrsperre moderner Fahrzeuge basierend auf: [1] Sebastian Lehmann 17. Februar 2014 SEMINAR MODERNE KRYPTOANALYSE KIT University of the State of Baden-Wuerttemberg and National Laboratory of the Helmholtz Association
2 Funktionsweise von Hitag2 Was ist eine Wegfahrsperre? verhindert Wegfahren auch wenn Fahrzeug geöffnet wurde oftmals mit Zentralverriegelung verknüpft (ein System für beides) Trend: Verzicht auf mechanischen Schlüssel (Komfort) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
3 Funktionsweise von Hitag2 Was ist eine Wegfahrsperre? verhindert Wegfahren auch wenn Fahrzeug geöffnet wurde oftmals mit Zentralverriegelung verknüpft (ein System für beides) Trend: Verzicht auf mechanischen Schlüssel (Komfort) Die elektronische Wegfahrsperre Hitag2 von NXP Semiconductors (ehem. Philips) entwickelt und vertrieben von mehr als 30 Automobilherstellen in über 200 Modellen verbaut (u.a. BMW, VW, Audi A8, Porsche Cayenne) benutzt proprietäres Protokoll & Verschlüsselung (48 Bit Schlüssel!) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
4 Funktionsweise von Hitag2 Was ist eine Wegfahrsperre? verhindert Wegfahren auch wenn Fahrzeug geöffnet wurde oftmals mit Zentralverriegelung verknüpft (ein System für beides) Trend: Verzicht auf mechanischen Schlüssel (Komfort) Die elektronische Wegfahrsperre Hitag2 von NXP Semiconductors (ehem. Philips) entwickelt und vertrieben von mehr als 30 Automobilherstellen in über 200 Modellen verbaut (u.a. BMW, VW, Audi A8, Porsche Cayenne) benutzt proprietäres Protokoll & Verschlüsselung (48 Bit Schlüssel!) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
5 Funktionsweise von Hitag2 Übersicht System besteht aus: Lesegerät am Zündschloss Transponder im Schlüssel (Bilder beispielhaft, einige Variationen vorhanden) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
6 Funktionsweise von Hitag2 Übersicht Zum Auf- und Abschließen: Schlüssel kommuniziert mit Fahrzeug auf Knopfdruck Authentifikation erfolgreich? Fahrzeug führt gewählte Aktion durch Funktechnik: Kurzwelle, Reichweite mehrere Meter (Mithörgefahr) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
7 Funktionsweise von Hitag2 Übersicht Zum Auf- und Abschließen: Schlüssel kommuniziert mit Fahrzeug auf Knopfdruck Authentifikation erfolgreich? Fahrzeug führt gewählte Aktion durch Funktechnik: Kurzwelle, Reichweite mehrere Meter (Mithörgefahr) Zur Entsperrung der Wegfahrsperre: Sobald Schlüssel eingesteckt: Fahrzeug sucht nach Transponder Transponder antwortet und Authentifikation erfolgreich? Freigabe Funktechnik: RFID, Reichweite einige Zentimeter Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
8 Funktionsweise von Hitag2 Transponder Gemeinsam bekannte Geheimnisse Jeder Transponder eigene ID + Schlüssel, registriert im Fahrzeug Je Fahrzeug zusätzlich geheimes Passwort Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
9 Funktionsweise von Hitag2 Transponder Gemeinsam bekannte Geheimnisse Jeder Transponder eigene ID + Schlüssel, registriert im Fahrzeug Je Fahrzeug zusätzlich geheimes Passwort Speicher im Transponder Nr. Speicherinhalt (je 32 Bit) 0 ID 8 Register mit je 32 Bit enthält seine ID, seinen Schlüssel, gemeinsames Passwort 1 Schlüssel [0..31] 2 Schlüssel [32..47] (unbenutzt) 3 Passwort 4 (herstellerspezifisch) 5 (herstellerspezifisch) 6 (herstellerspezifisch) 7 (herstellerspezifisch) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
10 Funktionsweise von Hitag2 Authentifikation Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
11 Funktionsweise von Hitag2 Befehle Befehle sind 5 Bit lang Bitfolge Befehl Erklärung Antwort 11xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt 01xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt invertiert 10xxx write Speicherbereich xxx schreiben 00*** halt Transponder schlafen legen Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
12 Funktionsweise von Hitag2 Befehle Befehle sind 5 Bit lang Bitfolge Befehl Erklärung Antwort 11xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt 01xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt invertiert 10xxx write Speicherbereich xxx schreiben 00*** halt Transponder schlafen legen + mindestens 1 Wiederholung bitinvertiert, z.b Speicherbereich 7 lesen Speicherbereich 7 lesen... keine obere Grenze Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
13 Funktionsweise von Hitag2 Befehle Befehle sind 5 Bit lang Bitfolge Befehl Erklärung Antwort 11xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt 01xxx read Speicherbereich xxx lesen Speicherinhalt invertiert 10xxx write Speicherbereich xxx schreiben 00*** halt Transponder schlafen legen + mindestens 1 Wiederholung bitinvertiert, z.b Speicherbereich 7 lesen Speicherbereich 7 lesen... keine obere Grenze Wichtig: Lesebefehle kennzeichnen sich durch eine 32 Bit Antwort Zugriffsrechte auf Bereiche 0 bis 3 (ID, Schlüssel, PW) konfigurierbar Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
14 Funktionsweise von Hitag2 Authentifikation Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
15 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Ver- und Entschlüsselung beide Seiten konstruieren identischen Keystream bitweises XOR zur Ver- und Entschlüsselung (vgl. One Time Pad und OFB) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
16 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Ver- und Entschlüsselung beide Seiten konstruieren identischen Keystream bitweises XOR zur Ver- und Entschlüsselung (vgl. One Time Pad und OFB) aus Sicht des Transponders: empfangenes Chiffrat Response (= Passwort) empfangenes Chiffrat Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95] Keystream [96..] = = = = Chanllenge (Zufall) 0xFFFFFFFF? zu sendendes Chiffrat erster Befehl Authentifikation Befehle... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
17 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Schieberegister (48 Bits) f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
18 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Zustandsstrom f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
19 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Zustandsstrom f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
20 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Zustandsstrom f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
21 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Zustandsstrom f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
22 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) Initialisierung... f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
23 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) ID Schlüssel Challenge f... Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
24 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) anschließend: konstruiere neue Bits mit Feedbackfunktion L L ID Schlüssel Challenge f Feedbackbits Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
25 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) anschließend: konstruiere neue Bits mit Feedbackfunktion L L ID Schlüssel Challenge f Feedbackbits Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
26 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) anschließend: konstruiere neue Bits mit Feedbackfunktion L L ID Schlüssel Challenge f Feedbackbits Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
27 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) anschließend: konstruiere neue Bits mit Feedbackfunktion L L ID Schlüssel Challenge Feedbackbits f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
28 Funktionsweise von Hitag2 Chiffre Erzeugung des Keystreams 48 Bit großes Schieberegister ( Zustand ) für die ersten 32 Bit Keystream: Challenge fließt in Registerinhalt ein (gleichzeitig mit Ver-/Entschlüsseln dieser) anschließend: konstruiere neue Bits mit Feedbackfunktion L L ID Schlüssel Challenge Feedbackbits f Keystream [0..31] Keystream [32..63] Keystream [64..95]... Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
29 Angriffe auf Hitag2 Übersicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
30 Angriffe auf Hitag2 Übersicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
31 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Ausgenutzte Schwächen Aufgezeichnete Challenge lässt sich auf Transponder replayen Gleiche Challenge gleicher Keystream Einige Fahrzeughersteller schützen Speicher nicht vor Auslesen Redundanz eines Befehls darf beliebig lang sein Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
32 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Ausgenutzte Schwächen Aufgezeichnete Challenge lässt sich auf Transponder replayen Gleiche Challenge gleicher Keystream Einige Fahrzeughersteller schützen Speicher nicht vor Auslesen Redundanz eines Befehls darf beliebig lang sein Idee Versuche Lesebefehl für Speicherbereich der ID (11000) zu erraten Haben wir ihn gefunden, kennen wir einen Teil des Keystreams Wir senden ihn mit mehr Redundanz und erhalten mehr Keystream beliebig viel Keystream auslesbar Sende dann Lesebefehl für kritischen Speicher, entschlüssle Antwort Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
33 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Beliebigen Lesebefehl (*1***) finden Sende zufällige Befehle (wegen Redundanz 10 Bit lang) War es ein Lesebefehl (*1***), erfolgt eine 32 Bit lange Antwort Im Schnitt 64 Versuche benötigt (16 aus 1024 Möglichkeiten 1 64 ) Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
34 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Beliebigen Lesebefehl (*1***) finden Sende zufällige Befehle (wegen Redundanz 10 Bit lang) War es ein Lesebefehl (*1***), erfolgt eine 32 Bit lange Antwort Im Schnitt 64 Versuche benötigt (16 aus 1024 Möglichkeiten 1 64 ) Bestimmten Lesebefehl (11000) finden 1 Das ist (unter Lesebefehlen) mit Wahrscheinlichkeit der Fall 16 Nehme den Erfolgsfall an (Falls später Widerspruch suche weiter) Als Antwort erhalten wir die verschlüsselte ID Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
35 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Beliebigen Lesebefehl (*1***) finden Sende zufällige Befehle (wegen Redundanz 10 Bit lang) War es ein Lesebefehl (*1***), erfolgt eine 32 Bit lange Antwort Im Schnitt 64 Versuche benötigt (16 aus 1024 Möglichkeiten 1 64 ) Bestimmten Lesebefehl (11000) finden 1 Das ist (unter Lesebefehlen) mit Wahrscheinlichkeit der Fall 16 Nehme den Erfolgsfall an (Falls später Widerspruch suche weiter) Als Antwort erhalten wir die verschlüsselte ID Finde = 42 Keystreambits, da Klartext nun bekannt Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
36 Angriffe auf Hitag2 Methode 1 Beliebigen Lesebefehl (*1***) finden Sende zufällige Befehle (wegen Redundanz 10 Bit lang) War es ein Lesebefehl (*1***), erfolgt eine 32 Bit lange Antwort Im Schnitt 64 Versuche benötigt (16 aus 1024 Möglichkeiten 1 64 ) Bestimmten Lesebefehl (11000) finden 1 Das ist (unter Lesebefehlen) mit Wahrscheinlichkeit der Fall 16 Nehme den Erfolgsfall an (Falls später Widerspruch suche weiter) Als Antwort erhalten wir die verschlüsselte ID Finde = 42 Keystreambits, da Klartext nun bekannt Sende Befehl erneut mit 7 Redundanzen (benötigt 40 Keystreambits) Finde = 72 Keystreambits, entdecke ggf. Widerspruch Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
37 Angriffe auf Hitag2 Übersicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
38 Angriffe auf Hitag2 Übersicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
39 Angriffe auf Hitag2 Übersicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
40 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Ausgenutzte Schwächen Nur 48 Bit Schlüssellänge Filterfunktion f hängt nur manchmal von den letzten 14 Bits ab Die ersten 16 Schlüsselbits werden nicht mit Challenge kombiniert Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
41 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Ausgenutzte Schwächen Nur 48 Bit Schlüssellänge Filterfunktion f hängt nur manchmal von den letzten 14 Bits ab Die ersten 16 Schlüsselbits werden nicht mit Challenge kombiniert Idee (erstmal sehr grob...) Führe einige Authentifikationsversuche durch Betrachte alle 2 34 Registerinhalte, deren letzte 14 Bits 0 sind Ausschlussverfahren: Finde Registerinhalte, deren produzierter Keystream das korrekte 0xFFFFFFFF entschlüsseln würde Unter allen Schlüsselkandidaten (üblicherweise < 100) bruteforcen Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
42 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Schlüssel zerlegen Teile Schlüsselraum in Bits auf: K L, K M, K R K L beeinflusst Registerinhalt unabhängig von Challenge K R beeinflusst bei manchen Challenges das 32. Keystreambit nicht Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
43 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Schlüssel zerlegen Teile Schlüsselraum in Bits auf: K L, K M, K R K L beeinflusst Registerinhalt unabhängig von Challenge K R beeinflusst bei manchen Challenges das 32. Keystreambit nicht Vorgehen: Für alle linken Teilschlüssel (2 16 Iterationen): Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
44 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Schlüssel zerlegen Teile Schlüsselraum in Bits auf: K L, K M, K R K L beeinflusst Registerinhalt unabhängig von Challenge K R beeinflusst bei manchen Challenges das 32. Keystreambit nicht Vorgehen: Für alle linken Teilschlüssel (2 16 Iterationen): Initialisiere leere Tabelle F 18 F // F = {0, 1} Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
45 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Schlüssel zerlegen Teile Schlüsselraum in Bits auf: K L, K M, K R K L beeinflusst Registerinhalt unabhängig von Challenge K R beeinflusst bei manchen Challenges das 32. Keystreambit nicht Vorgehen: Für alle linken Teilschlüssel (2 16 Iterationen): Initialisiere leere Tabelle F 18 F // F = {0, 1} Für alle möglichen mittleren Registerteilinhalte Y (2 18 Iterationen): Falls restlicher Registerinhalt irrelevant (s.o.): Setze Rest auf 0, errechne Keystreambits (B) und Bit 32 (b 32) Trage in Tabelle ein: Y B b 32 // Y B = K M Challengechiffrat Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
46 Angriffe auf Hitag2 Methode 3 Schlüssel zerlegen Teile Schlüsselraum in Bits auf: K L, K M, K R K L beeinflusst Registerinhalt unabhängig von Challenge K R beeinflusst bei manchen Challenges das 32. Keystreambit nicht Vorgehen: Für alle linken Teilschlüssel (2 16 Iterationen): Initialisiere leere Tabelle F 18 F // F = {0, 1} Für alle möglichen mittleren Registerteilinhalte Y (2 18 Iterationen): Falls restlicher Registerinhalt irrelevant (s.o.): Setze Rest auf 0, errechne Keystreambits (B) und Bit 32 (b 32) Trage in Tabelle ein: Y B b 32 // Y B = K M Challengechiffrat Für alle möglichen K M und aufgezeichneten Challenges ( ): Ermittle K M Challengechiffrat, schlage in Tabelle nach Vorhanden, aber b 32 passt nicht auf Fahrzeugantwort K M war falsch Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
47 Zusammenfassung Hitag2 äußerst unsicher! Designschwächen wären vermeidbar gewesen: Begrenzung der Redundanzkodierung Befehle nur mit Jumper akzeptieren Mehr als 48 Bit Standard wie AES statt Eigenentwicklung Bessere Wegfahrsperre (HitagAES) bereits im Angebot (KFZ-Hersteller kaufen trotzdem noch immer Hitag2) RFID-Schutzhülle schützt vor Angriffen 1 und 2 Fahrzeughersteller kann Angriff 3 deutlich erschweren: Sperre nach z.b. 3 fehlgeschlagenen Zugriffen Danach Entsperren mit mechanischem Schlüssel Im Falle eines Diebstahls zahlt Versicherung Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
48 Referenzen I Roel Verdult, Flavio D. Garcia, and Josep Balasch, Gone in 360 seconds: Hijacking with hitag2, Proceedings of the 21st USENIX Conference on Security Symposium (Berkeley, CA, USA), Security 12, USENIX Association, 2012, pp Sebastian Lehmann Gone in 360 Seconds 17. Februar /17
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