Wrap-Up Vorlesung Sichere Mobile Systeme

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1 Wrap-Up Vorlesung Sichere Mobile Systeme Kapitel Einführung Schutzziele Bedrohungs-Szenarien durch mobile Technologien Kapitel Smardcards Architektur/Aufbau Spezifische Sicherheitseigenschaften, Sicherheits-Design SmartcardOS: Spezifika relativ zu PC-OS Sicherheitsfunktionen: Authentisierung, Access Control, Seitenkanalanalysen: Charakteristika PUF-Technologie 1

2 Kapitel Mobilfunknetze: GSM: zellen-basiert, leitungsvermittelnd, geringe Datenrate GSM-Architekur: Subsysteme Funk: MS, BTS, BSC: Luftschnittelle Vermittlung: MSC, Auc, HLR, VLR: Roaming, Handover Betrieb u. Wartung: OMC GSM-Sicherheitsarchitektur: SIM-Karte als trusted device MS Authentifizierung: Pre-shared Secred: bei Provider im Auc und auf SIM-Karte symmetrisches CR, A3-Verfahren, nur SIM versus BTS Verschlüsselung (Luftschnittstelle): Stromchiffre (A5-Varianten) nur Luftschnittelle (MS bis zur BTS), danach Klartext 2

3 GSM: Sicherheitsfazit positiv: SIM als trusted device, pre-shared Secret bilateral: (SIM, Home), Privacy-Ansatz mit TMSI, Trennung: Authentifikation, Verschlüsselung negativ Obscurity-Ansatz für Algorithmen, einseitige Authentisierung, kurze Kommunikations-Schlüssel, keine E2E Security, keine Integrität Vertrauen in GSM-Architektur: Triplet-Management GPRS: paketvermittelnd, Geräte erhalten IP-Adresse GSM-Sicherheitsarchitektur direkt übernommen, keine Verbesserung 3

4 UMTS-Architektur (3G) verbesserte Sicherheitsdienste: Technische Universität München wechselseitige Authentifikation mittels der AV, Integrität der Signalisierungsdaten, längere Kommunikationsschlüssel, Erkennen von Wiedereinspielung Sicherheitsprobleme: auch keine E2E Sicherheit, Hijacking, Camp-on False BS,.. Vertrauen in Netzkomponenten notwendig: Austausch und Speicherung der AV Integrität nur für Aufbau von Verbindungen Bewegungsprofile sind nach wie vor möglich Interoperabilitätsprobleme: GSM UMTS, Angriffe möglich 4

5 SAE/LTE SAE: System Architecture Evolution die Vereinheitlichung unterschiedlicher Paket-basierter Dienste, Konvergenz von 3GPP und Nicht-3GPP Netzen einheitliches Sicherheitsframework mit Positiv: bewährte 3G-Konzepte übernommen bzw. adaptiert: Wechselseitige Auth. sicherer Schlüsselaustausch AKA Nutzung von temporären Identitäten, Pre-Shared Secrets in USIM-Chipkarten Aufgabenspezifische Schlüssel, Schlüsselhierarchie, Schlüsselerneuerung: Abwehr maskierter Basisstationen Schlüssellängen: 128Bit, bereits für 256 Bit vorbereitet Verfahren: Integrität und Verschlüsselung: Snow, AES Integritäts- und Vertraulichkeitsschutz für Signalisierungsdaten: 5

6 Negativ: Das Fehlen von verbindlichen Anforderungen in der Spezifikation zur Absicherung der Nutz-Daten im Kernnetz oder auch beim Austausch von Signalisierungs- und Managementdaten im Kernnetz. Nutz-Daten auf der Luftschnittestelle aus Performanzgründen nach wie vor ohne Integritätsschutz Handover zwischen 2G/3G und E-UTRAN: Abschwächung der Authentisierungen 6

7 Kapitel WLAN (hier Standard) Familie: b,g,a teschnisch unterschiedlich, aber gleiche Layer2-Sicherheit spezifiziert Protokolle für die Schichten 1 und 2 Schicht 1: Bandspreizverfahren zur Nutzung des Funkspektrums FHSS, DSSS: Ziel: Robustheit gegen Störungen verbessern keine Sicherheits-Features Schicht 2: Protokolle zur Regelung des Medienzugangs CSMA/CA: Versuch, Kollisionen zu vermeiden keinsicherheits-feature WEP : ursprünglicher, integrierter Sicherheitsstandard ursprünglicher Sicherheitsstandard, noch immer weit verbreitet Ziel: Basisschutz im drahtlosen LAN vergleichbar mit Ethernet Viele klassische Design-Fehler! 7

8 WEP Sicherheitsfeatures Authentizität: einseitige, symmetrische CR, Pre-Shared Key K, für alle Clients des AP gleich Vertraulichkeit RC4 Stromchiffre, Per-Paket-Schlüssel RC4(K IV) 24 Bit IV, wird im Klartext übertragen Integrität: CRC-32 Prüfsumme, linear WEP-Sicherheitsprobleme: u.a. Client- u. AP-Spoofing, Daten unbemerkt verfälschen, Daten unbemerkt einschleusen, Entschlüsseln, Knacken des Keys K, Wiederholter Komm.Key Verbesserungen: WPA: Zwischenlösung: TKIP und 802.1x i/WPA2: AES und 802.1x 8

9 WPA umfasst Schlüsselmanagement, auch im i paarweise Master-Keys PMK 256 Bit zwischen AP und Client Aus PMK: ableiten des PTK 512 Bit u. Aufteilen auf Schlüssel: Schlüssel 3 paarweiser Kommunikationsschlüssel Schlüssel 4: 2 paarweise Integritätsschlüssel a 64 Bit Verbesserung gegenüber WEP individuelle Schlüssel (PMK), Schlüsselerneuerung Integritätssicherung durch MAC-Schlüssel TKIP(Temporal Key Integrity Protocol), auch in i Mix-Funktion in 2 Phasen: Erzeugen von Paket-Schlüsseln Verschleiern des Zusammenhangs: PTK und IV Michael: Berechnung von kryptogr. Hashwerten pro Paket 9

10 802.1X Authentifizierungsframework für WPA: Austausch der paarweisen Masterkeys über 802.1x individuelle Authentisierung, EAP-basierter Nachrichtenaustausch Sicherheitsstandard: IEEE i, bzw. WPA2 Verschlüsselung: TKIP (Temporary Key Integrity Protocol), optional AES-CCMP (Counter-Mode-CBC-MAC Protocol), obligatorisch Authentifikation: 802.1X basiert, wechselseitig Fazit: deutlich verbessertes Design im Vergleich zu WEP Pakete werden einzeln authentifiziert und verschlüsselt (AES!) verschlüsselte Sequenznummer pro Paket für Replay-Erkennung 10

11 Kapitel Bluetooth Personal Area Network kurze Distanz, rel. geringe Datenrate, PAN: rel. niedrige Sec-Anf. Topologie: Piconet: Master synchronisiert die Slaves, Hop-Muster Einfacher Protokollstack: Layer 1: Funkübertragung, FSS, Verbindungsaufbau Layer 2: LMP: Verbindungsmanagement, Basis-Sicherheit L2CAP: Multiplexing, TCP/IP Anbindung Sicherheitsarchitektur: 3 bzw. 4 Sicherheitsmodi Modus 3 (LMP-Aufgabe): Pairing mittels PIN: Etablieren eines Link Keys zw. 2 Geräten Bei jedem Verbindungsaufbau: wechselseitige, symmetrische CR: Nachweis des Link-Keys Pro Verbindung: Komm.-Key: zw Bit, Stromchiffre 11

12 BT-Sicherheitsprobleme: Design: nur für Nahbereich entwickelt, Geräte des persönlichen Bedarfs vernetzen: PIN-basiertes Pairing (ohne Secure simple Pairing) Nutzung ressourcenschwacher Geräte (u.a. Headset) ohne starke Security-Features: Auswirkung! Stromchiffre, die nicht besonders (aber noch ausreichend) stark ist keine Integrität der Daten BT-Adresse wird in vielen Schritten verwendet: Profilbildung! Secure Simple Pairing : einfach, dennoch einige Verbesserung DH-basierter Public-Key Exchange, verschiedene Protokolle zur Authentisierung: Idee: Geräte berechnen eine PIN, Abwehr von MitM: einbinden des Benutzer (Interaktion), PIN ist aber nicht Basis für Auth. 12

13 Fazit: Mobile Systeme: andere Angreifermodelle als drahtgebundene Infrastruktur 1:1 Übernahme herkömmlicher Konzepte problematisch: z.b. wechselseitige Authentisierung mittels Zertifikate bei weltweiter Mobiltelefonie mit Millionen von Kunden?! Ressourcenknappheit, Skalierungsproblem, Angreifer ist im physischen Besitz: Seitenkanalanalysen etc. Einige Probleme mit Forschungsbedarf skalierendes Schlüsselmanagement: sicherer Austausch, sicheres update mit Perfect forward secrecy, Speicherung, sehr heterogene Geräte: offenes Problem: wie kann man niedriges Niveau kompensieren, Angriffe tolerieren. self-protection, self-healing-mechansimen erforderlich, wie?! 13

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