Practical Spoofing Attacks against Galileo OSNMA with Time-Synchronization Manipulation
Diese Arbeit zeigt auf, dass die Open Service Navigation Message Authentication (OSNMA) von Galileo durch eine neuartige Strategie zur Manipulation der Zeitsynchronisation umgangen werden kann, was es Angreifern ermöglicht, Empfänger erfolgreich an beliebige Orte und Zeiten zu täuschen, während die Authentifizierungsanforderungen durch Replay-, Fälschungs- und Dual-Frequency-Fälschungsangriffe erfüllt werden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung des untenstehenden Papers. Sie wurde nicht von den Autoren verfasst oder gebilligt. Für technische Genauigkeit konsultieren Sie das Originalpaper. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich vor, Sie versuchen sich mit einer magischen, unsichtbaren Karte zurechtzufinden, die von den Sternen herabgestrahlt wird. So funktionieren globale Navigationssatellitensysteme (GNSS), wie das europäische Galileo, für Ihr Telefon oder Ihr Auto. Sie senden einen ständigen Strom digitaler „Flüstern“ aus, die Ihnen genau sagen, wo Sie sich befinden und wie spät es ist. Doch da diese Flüsterstimmen öffentlich sind, könnte ein gerissener Trickbetrüger vorgeben, ein Satellit zu sein, und falsche Koordinaten ausrufen, um Sie an den falschen Ort zu führen. Um dies zu verhindern, hat das Galileo-System ein spezielles Sicherheitsmerkmal namens OSNMA hinzugefügt. Betrachten Sie OSNMA als ein hochtechnologisches Gütesiegel auf jeder Nachricht. Es verwendet einen geheimen Code, der sich im Laufe der Zeit ändert; der Satellit sendet die Nachricht jetzt, aber der Schlüssel, um diese Nachricht zu entschlüsseln und zu verifizieren, trifft etwas später an. Wenn der Schlüssel zur Nachricht passt, wissen Sie, dass sie echt ist.
Es gibt jedoch einen Haken: Damit dieses Sicherheitssystem funktioniert, muss Ihr Gerät (der Empfänger) über eine sehr präzise interne Uhr verfügen. Er muss die „offizielle“ Zeit gut genug kennen, um zu prüfen, ob der verzögerte Schlüssel zum richtigen Zeitpunkt eingetroffen ist. Wenn Ihre Uhr weit daneben liegt, geht das System davon aus, dass die Nachricht gefälscht ist, und verwirft sie. Dieses Paper untersucht eine clevere Gesetzeslücke in dieser Regel zur Zeitprüfung. Die Forscher entdeckten, dass ein Trickbetrüger das gesamte Sicherheitssystem austricksen kann, wenn er sowohl die interne Uhr Ihres Geräts manipuliert als als auch gleichzeitig ein falsches Signal sendet – so wird das System glauben, alles sei perfekt synchronisiert, obwohl sowohl die Zeit als auch der Standort völlig falsch sind. Es ist, als würde ein Dieb einen Wachmann davon überzeugen, dass die Wanduhr korrekt ist, während er ihm gleichzeitig einen gefälschten Ausweis überreicht, der genau zu dieser falschen Zeit passt.
Der große Uhrenraub
In dieser Studie beschloss ein Team von Forschern der Xidian University in China, zu prüfen, ob sie den neuen Sicherheitswachmann des Galileo-Systems aushebeln können. Sie versuchten nicht, die geheimen Codes selbst zu knacken – das ist mit heutiger Technologie mathematisch unmöglich. Stattdessen untersuchten sie die Regeln, nach denen der Wachmann entscheidet, wer Einlass erhält. Der Wachmann hat eine strikte Regel: „Die Zeit auf Ihrer Uhr muss innerhalb von 30 Sekunden der offiziellen Satellitenzeit liegen.“ Wenn Ihre Uhr um mehr als 30 Sekunden abweicht, sagt der Wachmann: „Nö, Sie sind zu verwirrt, um vertrauenswürdig zu sein“, und ignoriert Sie.
Die Forscher erkannten, dass der Wachmann nur prüft, ob Ihre Uhr mit der Satellitenzeit übereinstimmt, nicht aber, ob Ihre Uhr im Vergleich zur realen Welt tatsächlich korrekt ist. Dies führte zu einer hinterlistigen Strategie, die sie „Artificially Manipulated Time Synchronization“ (ATS) nennen. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, in einen Club zu kommen, der einen strengen Türsteher hat. Der Türsteher sagt: „Ihre Uhr muss mit der Wanduhr übereinstimmen.“ Wenn Sie mit einer Uhr, die 14:00 Uhr zeigt, hineingehen und die Wanduhr 14:05 Uhr anzeigt, kommen Sie nicht rein. Aber was, wenn der Türsteher getäuskt wird? Was, wenn Sie heimlich die Wanduhr auf 14:00 Uhr stellen, bevor Sie Ihre Uhr zeigen? Jetzt passt Ihre 14:00-Uhr-Uhr perfekt zur 14:00-Uhr-Wanduhr, und der Türsteher lässt Sie herein, obwohl die echte Zeit eigentlich 17:00 Uhr ist. Genau das haben die Forscher mit den Galileo-Empfängern gemacht.
Die drei Tricks des Handwerks
Unter Verwendung dieses „ATS“-Tricks entwickelten die Forscher drei verschiedene Wege, um das System zu täuschen, die sie an echten kommerziellen Geräten und Open-Source-Software-Empfängern testeten.
1. Die Zeitreise-Wiedergabe (TSR)
Zuerst versuchten sie eine „Zeitreise-Wiedergabe“. Normalerweise würde ein Empfänger ein Satellitensignal, das man gestern aufgenommen und heute wieder abspielt, ablehnen, weil die Zeit auf dem Signal (gestern) nicht mit der aktuellen Zeit des Empfängers (heute) übereinstimmt. Aber mit dem ATS-Trick manipulierten die Forscher zuerst die interne Uhr des Empfängers so, dass sie glaubte, es sei gestern. Dann spielten sie die alte Aufnahme ab. Der Empfänger prüfte die Zeit, sah, dass seine „manipulierte“ Uhr perfekt mit dem „alten“ Signal übereinstimmte, und akzeptierte die falsche Position von gestern bereitwillig. In ihren Experimenten konnten sie Signale erfolgreich wiedergeben, die bis zu 150 Sekunden alt waren, und es gelang ihnen sogar, einen Empfänger glauben zu lassen, es sei zwei Tage in der Vergangenheit, während das Sicherheitssystem ein „Daumen hoch“ gab.
2. Die Fälschung des Ausweises (TSF)
Als Nächstes wollten sie mehr tun als nur alte Signale abzuspielen; sie wollten brandneue gefälschte Standorte erstellen. Dies ist der „Forgery“-Angriff (Fälschung). Die Forscher bauten ein System, um völlig neue Satellitensignale für einen Ort ihrer Wahl zu generieren – etwa eine geheime Basis mitten im Ozean. Das Schwierige war, die Sicherheitscodes echt aussehen zu lassen. Da sie keine neuen geheimen Schlüssel erfinden konnten, verwendeten sie „gestohlene“ Schlüssel aus vergangenen Übertragungen (die öffentlich zugänglich sind), um ihre gefälschten Nachrichten zu signieren. Durch die Kombination dieser alten Schlüssel mit ihrer manipulierten Empfängeruhr erstellten sie ein „Gefälschtes Signal“, das vollkommen gültig aussah. Sie täuschten Empfänger erfolgreich vor, sie befänden sich an spezifischen gefälschten Koordinaten, wie (20° N, -51° W), und zu einer spezifischen vergangenen Zeit, während sie die Sicherheitsprüfung bestanden.
3. Die Doppel-Täuschung (TSDF)
Moderne Empfänger sind schlau; sie hören auf zwei verschiedene Funkbänder (E1 und E5b), um sicherzustellen, dass sie nicht getäuscht werden. Wenn man eines fälscht, aber das andere nicht, entlarvt einen der Empfänger. Deshalb entwickelten die Forscher eine „Dual-Frequency Forgery“ (Dual-Frequenz-Fälschung). Sie nutzten zwei Geräte, um gleichzeitig gefälschte Signale auf beiden Bändern auszustrahlen, wobei sie sicherstellten, dass die gefälschten Standorte und Zeiten auf beiden Bändern perfekt übereinstimmten. Es war wie ein Magier, der gleichzeitig zwei identische Kaninchen aus zwei verschiedenen Hüten zieht. Ihre Tests zeigten, dass selbst diese intelligenten Dual-Band-Empfänger getäuscht wurden und die gefälschte Position und Zeit als authentisch akzeptierten.
Die Ergebnisse und der Realitätscheck
Das Team testete diese Tricks in einem realen Laborsetting mit tatsächlichen Galileo-Empfängern von Unternehmen wie Septentrio und u-blox sowie mit Open-Source-Software. Die Ergebnisse waren eindeutig: Jeder einzelne Angriff funktionierte. Die Empfänger akzeptierten die gefälschten Signale, bestanden die OSNMA-Sicherheitsprüfung und berechneten die falsche Position und Zeit, als wäre sie die Wahrheit.
Die Forscher wiesen jedoch vorsichtig auf die Grenzen ihrer Magie hin. Um dies durchzuführen, muss der Angreifer in der Nähe des Opfers sein (in ihren Tests innerhalb weniger Meter) und ein starkes genug Signal aussenden, um die echten Satelliten zu übertönen. Sie merkten auch an, dass der „Forgery“-Angriff nur einen Ort zu einem Zeitpunkt in der Vergangenheit senden kann – nämlich zu einem Zeitpunkt, zu dem die geheimen Schlüssel bereits veröffentlicht wurden. Man kann dies nicht nutzen, um jemanden zu einem Datum in der Zukunft oder an einen Ort zu schicken, an dem die Schlüssel noch nicht geteilt wurden.
Das Paper kommt zu dem Schluss, dass die Kryptografie des Galileo-Systems zwar stark ist, die Art und Weise, wie sie auf die interne Uhr des Empfängers angewiesen ist, jedoch eine Schwachstelle schafft. Wenn ein Angreifer diese Uhr manipulieren kann, kann das gesamte Sicherheitssystem umgangen werden. Die Forscher schlagen vor, dass eine Lösung darin bestehen könnte, sicherere Wege zur Zeitbestimmung zu verwenden (wie verschlüsselte Netzwerkprotokolle) oder die Sicherheitsschlüssel geografisch spezifisch zu machen, damit sie nicht überall wiederverwendet werden können. Vorerst haben sie gezeigt, dass der „Wächter“ an der Tür getäuscht werden kann, wenn die „Uhr“ an der Wand manipuliert ist.
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