Practical Spoofing Attacks against Galileo OSNMA with Time-Synchronization Manipulation

कल्पना कीजिए कि आप सितारों से नीचे भेजी जा रही एक जादुई, अदृश्य मानचित्र का उपयोग करके अपना रास्ता खोजने की कोशिश कर रहे हैं। आपका फोन या कार इसी तरह काम करते हैं, जैसे यूरोप का गैलीलियो (Galileo) जैसे ग्लोबल नेविगेशन सैटेलाइट सिस्टम (GNSS) काम करते हैं। वे डिजिटल "फुसफुसाहटों" की एक निरंतर धारा भेजते हैं जो आपको बताते हैं कि आप वास्तव में कहाँ हैं और समय क्या है। लेकिन क्योंकि ये फुसफुसाहटें सार्वजनिक हैं, इसलिए एक चालाक धोखेबाज सैटेलाइट होने का ढोंग कर सकता है, और आपको गलत जगह ले जाने के लिए फर्जी निर्देशांक (coordinates) चिल्ला सकता है। इसे रोकने के लिए, गैलीलियो सिस्टम ने OSNMA नामक एक विशेष सुरक्षा सुविधा जोड़ी है। OS-NMA को हर संदेश पर एक उच्च-तकनीकी 'अनुमोदन की मुहर' की तरह समझें। यह एक गुप्त कोड का उपयोग करता है जो समय के साथ बदलता रहता है; उपग्रह संदेश अभी भेजता है, लेकिन उस संदेश को सत्यापित करने और अनलॉक करने की कुंजी थोड़ी देर बाद आती है। यदि कुंजी संदेश से मेल खाती है, तो आप जान जाते हैं कि वह असली है।

हालाँकि, इसमें एक पेच है। इस सुरक्षा प्रणाली के काम करने के लिए, आपके डिवाइस (रिसीवर) के पास एक बहुत ही सटीक आंतरिक घड़ी होनी चाहिए। उसे "आधिकारिक" समय को इतनी अच्छी तरह जानना होगा कि वह यह जांच सके कि देरी से आई कुंजी सही समय पर पहुंची है या नहीं। यदि आपकी घड़ी बहुत अधिक गलत है, तो सिस्टम मान लेता है कि संदेश नकली है और उसे फेंक देता है। यह शोध पत्र उस क्लॉक-चेकिंग नियम में एक चतुर खामी की खोज करता है। शोधकर्ताओं ने पाया कि यदि कोई धोखेबाज आपके डिवाइस की आंतरिक घड़ी के साथ छेड़छाड़ कर सकता है और साथ ही एक फर्जी सिग्नल भी भेज सकता है, तो वह सुरक्षा प्रणाली को यह विश्वास दिलाने के लिए धोखा दे सकता है कि सब कुछ पूरी तरह से सिंक्रोनाइज़्ड है, भले ही समय और स्थान दोनों पूरी तरह से गलत हों। यह एक चोर की तरह है जो गार्ड को यह समझाने की कोशिश करता है कि दीवार पर लगी घड़ी सही है, जबकि साथ ही वह गार्ड को एक ऐसा फर्जी आईडी कार्ड थमा रहा है जो उस गलत समय से मेल खाता है।

द ग्रेट क्लॉक हाइस्ट (घड़ी की बड़ी चोरी)

इस अध्ययन में, चीन के शिआन यूनिवर्सिटी के शोधकर्ताओं की एक टीम ने यह देखने का निर्णय लिया कि क्या वे गैलीलियो सिस्टम के नए सुरक्षा गार्ड को तोड़ सकते हैं। उन्होंने स्वयं गुप्त कोड को तोड़ने की कोशिश नहीं की—जो वर्तमान तकनीक के साथ गणितीय रूप से असंभव है। इसके बजाय, उन्होंने उन नियमों को देखा जिनका उपयोग गार्ड यह तय करने के लिए करता है कि किसे प्रवेश देना है। गार्ड का एक सख्त नियम है: "आपकी घड़ी का समय सैटेलाइट के आधिकारिक समय के 30 सेकंड के भीतर होना चाहिए।" यदि आपकी घड़ी 30 सेकंड से अधिक गलत है, तो गार्ड कहता है, "नहीं, आप बहुत भ्रमित हैं, इसलिए आप भरोसेमंद नहीं हैं," और आपको अनदेखा कर देता है।

शोधकर्ताओं ने महसूस किया कि गार्ड केवल यह जांचता है कि आपकी घड़ी सैटेलाइट के समय से मेल खाती है या नहीं, न कि यह कि आपकी घड़ी वास्तविक दुनिया के मुकाबले वास्तव में सही है या नहीं। इससे उन्हें एक चालाक रणनीति मिली जिसे वे "आर्टिफिशियलली मैनिपुलेटेड टाइम सिंक्रोनाइजेशन" (ATS) कहते हैं। कल्पना कीजिए कि आप एक क्लब में प्रवेश करने की कोशिश कर रहे हैं जहाँ एक सख्त बाउंसर है। बाउंसर कहता है, "आपकी घड़ी दीवार की घड़ी से मेल खानी चाहिए।" यदि आप दोपहर 2:00 बजे की घड़ी लेकर आते हैं और दीवार की घड़ी 2:05 बजा रही होती है, तो आप अंदर जा सकते हैं। लेकिन क्या होगा अगर बाउंसर को धोखा दिया जाए? क्या होगा अगर आप दीवार की घड़ी को दिखाने से पहले चुपके से उसे 2:00 बजे पर सेट कर दें? अब, आपकी 2:00 बजे वाली घड़ी दीवार की 2:00 बजे वाली घड़ी से मेल खाती है, और बाउंसर आपको अंदर जाने देता है, भले ही वास्तविक समय वास्तव में शाम के 5:00 बजे हों। यही वह काम है जो शोधकर्ताओं ने गैलीलियो रिसीवर्स के साथ किया।

व्यापार के तीन तरीके (The Three Tricks of the Trade)

इस "ATS" ट्रिक का उपयोग करते हुए, टीम ने सिस्टम को मूर्ख बनाने के तीन अलग-अलग तरीके बनाए, जिनका उन्होंने वास्तविक वाणिज्यिक उपकरणों और ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर रिसीवर पर परीक्षण किया।

1. टाइम-ट्रैवल रीप्ले (TSR)
सबसे पहले, उन्होंने "टाइम-ट्रैवल रीप्ले" का प्रयास किया। आमतौर पर, यदि आप कल के सैटेलाइट सिग्नल को रिकॉर्ड करते हैं और आज उसे वापस चलाते हैं, तो रिसीवर उसे अस्वीकार कर देता है क्योंकि सिग्नल का समय (कल का) रिसीवर के वर्तमान समय (आज का) से मेल नहीं खाता। लेकिन ATS ट्रिक के साथ, शोधकर्ताओं ने पहले रिसीवर की आंतरिक घड़ी को यह सोचने के लिए हैक किया कि यह कल का समय है। फिर, उन्होंने पुराने रिकॉर्डिंग को चलाया। रिसीवर ने समय की जांच की, देखा कि उसकी "हैक की गई" घड़ी "पुराने" सिग्नल से पूरी तरह मेल खाती है, और खुशी-खुशी कल के स्थान को स्वीकार कर लिया। अपने प्रयोगों में, वे 150 सेकंड तक पुराने सिग्नल्स को सफलतापूर्वक रीप्ले करने में सफल रहे, और यहाँ तक कि एक रिसीवर को यह विश्वास दिलाने में भी सफल रहे कि यह दो दिन पहले का समय है, जबकि सुरक्षा प्रणाली ने 'थम्स-अप' दिया।

2. फेक आईडी फोर्जरी (TSF)
इसके बाद, वे केवल पुराने सिग्नल चलाने से आगे बढ़ना चाहते थे; वे पूरी तरह से नए फर्जी स्थान बनाना चाहते थे। यह "फर्जीवाड़ा" (Forgery) हमला है। शोधकर्ताओं ने अपनी पसंद के स्थान के लिए—जैसे समुद्र के बीच में एक गुप्त ठिकाना—पूरी तरह से फर्जी सैटेलाइट सिग्नल उत्पन्न करने के लिए एक प्रणाली बनाई। कठिन हिस्सा सुरक्षा कोड को असली दिखाना था। चूंकि वे नए गुप्त कुंजियों (secret keys) का आविष्कार नहीं कर सकते थे, इसलिए उन्होंने अपने फर्जी संदेशों को साइन करने के लिए पिछले प्रसारणों (जो सार्वजनिक हैं) से "चुराई गई" कुंजियों का उपयोग किया। इन पुरानी कुंजियों को अपनी हैक की गई रिसीवर घड़ी के साथ जोड़कर, उन्होंने एक "फर्जी सिग्नल" बनाया जो पूरी तरह से वैध दिखता था। वे रिसीवर्स को विशिष्ट फर्जी निर्देशांकों, जैसे (20° N, -51° W), और एक विशिष्ट बीते हुए समय पर विश्वास करने के लिए सफलतापूर्वक मूर्ख बनाने में सफल रहे, और इस दौरान वे सुरक्षा जांच को भी पार कर गए।

3. डबल-डिससेप्शन (TSDF)
अंत में, आधुनिक रिसीवर स्मार्ट होते हैं; वे यह सुनिश्चित करने के लिए कि उन्हें धोखा न दिया जाए, दो अलग-अलग रेडियो बैंड (E1 और E5b) सुनते हैं। यदि आप एक को फर्जी बनाते हैं लेकिन दूसरे को नहीं, तो रिसीवर आपको पकड़ लेता है। इसलिए, शोधकर्ताओं ने "डुअल-फ्रीक्वेंसी फोर्जरी" बनाई। उन्होंने दोनों बैंडों पर एक साथ फर्जी सिग्नल प्रसारित करने के लिए दो उपकरणों का उपयोग किया, यह सुनिश्चित करते हुए कि फर्जी स्थान और समय दोनों पर पूरी तरह से मेल खाते हों। यह एक जादूगर की तरह था जो एक ही समय में दो अलग-अलग टोपी से दो समान खरगोश निकाल रहा हो। उनके परीक्षणों ने दिखाया कि यहाँ तक कि ये स्मार्ट, ड्यूल-बैंड रिसीवर भी मूर्ख बन गए, और फर्जी स्थिति और समय को प्रामाणिक मानकर स्वीकार कर लिया।

परिणाम और वास्तविकता की जाँच

टीम ने वास्तविक वाणिज्यिक उपकरणों (जैसे सेप्टेंट्रियो और यू-ब्लॉक्स) और ओपन-सोर्स सॉफ्टवेयर का उपयोग करके एक वास्तविक लैब सेटिंग में इन ट्रिक्स का परीक्षण किया। परिणाम स्पष्ट थे: हर एक हमला काम कर गया। रिसीवर्स ने फर्जी सिग्नल्स को स्वीकार किया, OSNMA सुरक्षा जांच को पास किया, और गलत स्थान और समय की गणना ऐसे की जैसे वह सच हो।

हालाँकि, शोधकर्ताओं ने अपने जादू की सीमाओं की ओर सावधानीपूर्वक इशारा किया। इसे अंजाम देने के लिए, हमलावर को पीड़ित के करीब (उनके परीक्षणों में कुछ मीटर के भीतर) होना चाहिए और उसके पास वास्तविक उपग्रहों को दबा देने के लिए पर्याप्त मजबूत सिग्नल होना चाहिए। उन्होंने यह भी नोट किया कि "फर्जीवाड़ा" (Forgery) हमला केवल आपको अतीत के किसी स्थान पर भेज सकता है—विशेष रूप से, उस समय के लिए जिसके लिए गुप्त कुंजियाँ पहले ही प्रकट की जा चुकी हैं। आप इसका उपयोग भविष्य की तारीख या ऐसे स्थान के लिए नहीं कर सकते जहाँ कुंजियाँ अभी तक साझा नहीं की गई हैं।

यह शोध पत्र निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि गैलीलियो सिस्टम का क्रिप्टोग्राफी मजबूत है, लेकिन जिस तरह से यह रिसीवर की आंतरिक घड़ी पर निर्भर करता है, वह एक कमजोरी पैदा करता है। यदि कोई हमलावर उस घड़ी के साथ छेड़छाड़ कर सकता है, तो पूरी सुरक्षा प्रणाली को बायपास किया जा सकता है। शोधकर्ता सुझाव देते हैं कि इसे ठीक करने के लिए अधिक सुरक्षित तरीकों (जैसे एन्क्रिप्टेड नेटवर्क प्रोटोकॉल) का उपयोग करना या सुरक्षा कुंजियों को एक विशिष्ट भौगोलिक क्षेत्र के लिए विशिष्ट बनाना शामिल हो सकता है ताकि उन्हें कहीं और उपयोग न किया जा सके। फिलहाल, उन्होंने दिखा दिया है कि यदि दीवार पर लगी "घड़ी" ही हेरफेर की गई हो, तो दरवाजे पर खड़े "गार्ड" को मूर्ख बनाया जा सकता है।