Practical Spoofing Attacks against Galileo OSNMA with Time-Synchronization Manipulation

Imagine que você está tentando encontrar seu caminho usando um mapa mágico e invisível enviado pelas estrelas. É assim que os Sistemas Globais de Navegação por Satélite (GNSS), como o Galileo da Europa, funcionam para o seu telefone ou carro. Eles enviam um fluxo constante de "sussurros" digitais dizendo exatamente onde você está e que horas são. Mas, como esses sussurros são públicos, um espertalho astuto poderia fingir ser um satélite, gritando coordenadas falsas para levar você ao lugar errado. Para impedir isso, o sistema Galileo adicionou um recurso especial de segurança chamado OSNMA. Pense no OSNMA como um selo de aprovação de alta tecnologia em cada mensagem. Ele usa um código secreto que muda com o tempo; o satélite envia a mensagem agora, mas a chave para desbloquear e verificar essa mensagem chega um pouco mais tarde. Se a chave corresponder à mensagem, você sabe que ela é real.

No entanto, há uma pegadinha: para que este sistema de segurança funcione, seu dispositivo (o receptor) deve ter um relógio interno muito preciso. Ele precisa saber o tempo "oficial" bem o suficiente para verificar se a chave atrasada chegou no momento certo. Se o seu relógio estiver muito errado, o sistema assume que a mensagem é falsa e a descarta. Este artigo explora uma brecha inteligente nessa regra de verificação de relógio. Os pesquisadores descobriram que, se um espertalhão puder manipular o relógio interno do seu dispositivo e enviar um sinal falso ao mesmo tempo, ele pode enganar o sistema de segurança para que ele pense que tudo está perfeitamente sincronizado, embora tanto o tempo quanto a localização estejam completamente errados. É como um ladrão convencendo um guarda de que o relógio na parede está correto, enquanto simultaneamente entrega ao guarda um documento de identidade falso que corresponde àquele tempo errado.

O Grande Roubo do Relógio

Neste estudo, uma equipe de pesquisadores da Universidade Xidian, na China, decidiu ver se conseguiam quebrar o novo guarda de segurança do sistema Galileo. Eles não tentaram quebrar os códigos secretos em si — o que é matematicamente impossível com a tecnologia atual. Em vez disso, eles analisaram as regras que o guarda usa para decidir quem entra. O guarda tem uma regra estrita: "O tempo no seu relógio deve estar dentro de 30 segundos do tempo oficial do satélite". Se o seu relógio estiver atrasado ou adiantado em mais de 30 segundos, o guarda diz: "Não, você está confuso demais para ser confiável", e ignora você.

Os pesquisadores perceberam que o guarda apenas verifica se o seu relógio coincide com o tempo do satélite, não se o seu relógio é realmente correto em relação ao mundo real. Isso levou a uma estratégia astuta que eles chamam de "Sincronização de Tempo Artificialmente Manipulada" (ATS). Imagine que você está tentando entrar em um clube com um segurança rigoroso. O segurança diz: "Seu relógio deve coincidir com o relógio da parede". Se você entrar com um relógio ajustado para as 14:00 e o relógio da parede marcar 14:05, você entra. Mas e se o segurança for enganado? E se você secretamente mudar o relógio da parede para as 14:00 antes de mostrar o seu relógio? Agora, o seu relógio das 14:00 coincide com o relógio da parede das 14:00, e o segurança deixa você entrar, mesmo que a hora real seja, na verdade, 17:00. Foi exatamente o que os pesquisadores fizeram com os receptores Galileo.

Os Três Truques do Ofício

Usando esse truque "ATS", a equipe construiu três formas diferentes de enganar o sistema, as quais testaram em dispositivos comerciais reais e receptores de software de código aberto.

1. A Repetição de Viagem no Tempo (TSR)
Primeiro, eles tentaram uma "Repetição de Viagem no Tempo". Normalmente, se você gravar um sinal de satélite de ontem e reproduzi-lo hoje, o receptor o rejeitará porque o tempo no sinal (ontem) não coincide com o tempo atual do receptor (hoje). Mas com o truque ATS, os pesquisadores primeiro hackearam o relógio interno do receptor para pensar que era ontem. Então, eles reproduziram a gravação antiga. O receptor verificou o tempo, viu que seu relógio "hackeado" correspondia perfeitamente ao sinal "antigo" e aceitou alegremente a localização falsa de ontem. Em seus experimentos, eles conseguiram reproduzir sinais que tinham até 150 segundos de idade e até conseguiram enganar um receptor para pensar que era dois dias no passado, tudo enquanto o sistema de segurança dava um sinal de positivo.

2. A Falsificação de Identidade (TSF)
Em seguida, eles queriam fazer mais do que apenas reproduzir sinais antigos; eles queriam criar novas localizações falsas. Este é o ataque de "Falsificação". Os pesquisadores construíram um sistema para gerar sinais de satélite completamente falsos para uma localização de sua escolha — digamos, uma base secreta no meio do oceano. A parte difícil era fazer os códigos de segurança parecerem reais. Como não podiam inventar novas chaves secretas, usaram chaves "roubadas" de transmissões passadas (que são públicas) para assinar suas mensagens falsas. Ao combinar essas chaves antigas com seu relógio de receptor hackeado, criaram um "Sinal Falsificado" que parecia perfeitamente válido. Eles conseguiram enganar receptores para acreditarem que estavam em coordenadas falsas específicas, como (20° N, -51° W), e em um tempo específico no passado, tudo enquanto passavam na verificação de segurança.

3. O Duplo Engano (TSDF)
Finalmente, os receptores modernos são inteligentes; eles escutam duas bandas de rádio diferentes (E1 e E5b) para garantir que não estão sendo enganados. Se você falsificar uma, mas não a outra, o receptor te pega. Por isso, os pesquisadores criaram uma "Falsificação de Dupla Frequência". Eles usaram dois dispositivos para transmitir sinais falsos em ambas as bandas simultaneamente, garantindo que as localizações e tempos falsos coincidissem perfeitamente em ambas. Foi como um mágico tirando dois coelhos idênticos de dois chapéus diferentes ao mesmo tempo. Seus testes mostraram que até esses receptores inteligentes de banda dupla foram enganados, aceitando a posição e o tempo falsos como autênticos.

Os Resultados e o Choque de Realidade

A equipe testou esses truques em um ambiente de laboratório real usando receptores Galileo reais de empresas como Septentrio e u-blox, bem como software de código aberto. Os resultados foram claros: todos os ataques funcionaram. Os receptores aceitaram os sinais falsos, passaram na verificação de segurança OSNMA e calcularam a posição e o tempo errados como se fossem a verdade.

No entanto, os pesquisadores foram cuidadosos ao apontar os limites de sua "mágica". Para realizar isso, o atacante precisa estar perto da vítima (dentro de alguns metros em seus testes) e ter um sinal forte o suficiente para abafar os satélites reais. Eles também observaram que o ataque de "Falsificação" só pode enviar você para uma localização em um momento no passado — especificamente, um tempo para o qual as chaves secretas já foram reveladas. Você não pode usar isso para enviar alguém para uma data futura ou para um local onde as chaves ainda não foram compartilhadas.

O artigo conclui que, embora a criptografia do sistema Galileo seja forte, a maneira como ela depende do relógio interno do receptor cria uma vulnerabilidade. Se um atacante puder manipular esse relógio, todo o sistema de segurança pode ser contornado. Os pesquisadores sugerem que corrigir isso pode envolver o uso de formas mais seguras de obter o tempo (como protocolos de rede criptografados) ou tornar as chaves de segurança específicas de uma área geográfica para que não possam ser reutilizadas em qualquer outro lugar. Por enquanto, eles mostraram que o "guarda" na porta pode ser enganado se o "relógio" na parede estiver adulterado.