我們盯上了 Sparrow

我們發(fā)現(xiàn)了一種新方法能夠利用 LTE 和 5G 中的 MAC 層協(xié)議，通過(guò)使用其他人的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程通信。這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的 LTE/5G MAC 層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中的漏洞很可能會(huì)影響到其他的無(wú)線寬帶標(biāo)準(zhǔn)。該漏洞可讓未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備通過(guò)服務(wù)提供商的基礎(chǔ)設(shè)施匿名交換短消息。雖然目前它對(duì) Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的影響還不是很大，但是隨著蜂窩覆蓋范圍從一個(gè)房間擴(kuò)展到更遠(yuǎn)距離，它必將成為一個(gè)值得關(guān)注的大問(wèn)題。

該漏洞使得未經(jīng)授權(quán)的用戶(hù)有機(jī)會(huì)在完成網(wǎng)絡(luò)身份驗(yàn)證之前，就能對(duì)建立鏈路的初始消息當(dāng)中的要素加以利用。因此，一個(gè)匿名的非授權(quán)用戶(hù)可以利用基站廣播信號(hào)將消息傳遞給蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)的另一個(gè)匿名用戶(hù)。

與已知的隱蔽通信技術(shù)相比，這種新型非授權(quán)通信技術(shù)利用的是無(wú)線接入基礎(chǔ)設(shè)施中的 MAC 層（L2），而不是直接訪問(wèn)物理頻譜（L1）或使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的其他層（L3-L7）。Wiley Online Library表示：“媒體訪問(wèn)控制（MAC）層為上層提供無(wú)線資源分配服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。MAC 層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括執(zhí)行調(diào)度請(qǐng)求、緩沖狀態(tài)報(bào)告、隨機(jī)接入和混合自動(dòng)重傳請(qǐng)求（HARQ）等。”

該漏洞的正式名稱(chēng)為 CVD-2021-0045，昵稱(chēng) SPARROW。我們已經(jīng)負(fù)責(zé)任地在 GSMA 協(xié)調(diào)漏洞披露計(jì)劃中對(duì)其進(jìn)行了披露；GSMA 移動(dòng)安全網(wǎng)站也認(rèn)可了該漏洞。

SPARROW 的發(fā)現(xiàn)過(guò)程

作為是德科技 ATI 研究中心的高級(jí)研究員，我的研究方向是信號(hào)處理和無(wú)線系統(tǒng)安全。2020 年，我在研究數(shù)據(jù)滲漏方法的工作過(guò)程中，設(shè)想了利用商用通信網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線廣播資源泄露數(shù)據(jù)的可能性。我意識(shí)到，網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在許多威脅場(chǎng)景，其中一部分超出了無(wú)線安全領(lǐng)域所定義的常見(jiàn)威脅。我對(duì)漏洞的定義是：在預(yù)期的應(yīng)用范圍之外使用系統(tǒng)的機(jī)會(huì)。威脅場(chǎng)景（比如數(shù)據(jù)滲漏等）對(duì)于查找和修補(bǔ)系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)中存在的漏洞具有特殊意義。

數(shù)據(jù)滲漏場(chǎng)景是網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的常見(jiàn)研究課題。惡意行為者可以通過(guò)它來(lái)創(chuàng)建隱蔽的通信方案，從而將受感染系統(tǒng)中的敏感信息泄漏出去。到目前為止，一些廣為人知的數(shù)據(jù)滲漏技術(shù)利用的是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，安全行業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了針對(duì)性的預(yù)防措施。根據(jù)我對(duì)無(wú)線安全的理解，我首先問(wèn)了一個(gè)關(guān)鍵的假設(shè)性問(wèn)題。正是這個(gè)問(wèn)題的提出，為我的新發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)：“如果有人利用商用無(wú)線接入基礎(chǔ)設(shè)施的 MAC 層協(xié)議進(jìn)行低成本、低能耗的隱蔽通信會(huì)怎樣？”

商用無(wú)線信號(hào)幾乎無(wú)所不在，因此利用它們進(jìn)行數(shù)據(jù)滲漏的話，就可以繞過(guò)現(xiàn)有的所有預(yù)防措施。我沒(méi)有找到任何關(guān)于利用無(wú)線 MAC 層（L2）協(xié)議進(jìn)行隱蔽通信的文章，這種疏忽應(yīng)當(dāng)歸咎為研究界對(duì)隱蔽通信的理解各有不同。網(wǎng)絡(luò)安全研究人員通常將精力集中在利用 L3 到 L7 層協(xié)議的技術(shù)上。在無(wú)線安全領(lǐng)域，隱蔽通信通常指的是使用 L1 層無(wú)線信號(hào)的隱蔽廣播，包括能夠利用授權(quán)用于商用網(wǎng)絡(luò)的頻譜的 L1 盜版無(wú)線。但是，L2 是什么情況？

我的第一個(gè)研究目標(biāo)是大家耳熟能詳?shù)?3GPP 標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 2 月，我在 3GPP TS 36.321 標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)了一個(gè)影響 LTE 和 5G 網(wǎng)絡(luò)的漏洞。我將這個(gè)漏洞命名為 SPARROW。它允許匿名的低功耗設(shè)備在不連接網(wǎng)絡(luò)的情況下在小區(qū)內(nèi)交換隱蔽的短消息。我們與意大利米蘭的一個(gè)工程團(tuán)隊(duì)一起安排了一次概念驗(yàn)證。這個(gè)場(chǎng)景于 2020 年 12 月得到驗(yàn)證。

SPARROW 的危害

基于以下原因，SPARROW 會(huì)對(duì)在其他隱蔽通信方式保護(hù)下的關(guān)鍵設(shè)施構(gòu)成真正的危險(xiǎn)：

匿名程度極高：SPRROW 設(shè)備在運(yùn)行時(shí)不與主機(jī)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行身份驗(yàn)證，因此避開(kāi)了暴露給網(wǎng)絡(luò)安全和合法攔截系統(tǒng)以及頻譜掃描儀的風(fēng)險(xiǎn)。它們利用的資源非常有限，對(duì)主機(jī)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的影響非常小。

覆蓋面大：利用基站或非地面技術(shù)的廣播功率，SPARROW 設(shè)備可以相隔幾英里進(jìn)行通信。如果在稀疏的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中部署幾個(gè)這類(lèi)設(shè)備，就可以進(jìn)一步擴(kuò)大通信范圍。

功耗低、操作簡(jiǎn)單：SPARROW 設(shè)備可對(duì)安裝在商用 SDR 上的現(xiàn)有的協(xié)議實(shí)施資源庫(kù)加以利用。它們使用電池供電，或是長(zhǎng)期從周?chē)h(huán)境中獲取能量，就像真正的麻雀一樣！

以下利用場(chǎng)景值得注意：

無(wú)線數(shù)據(jù)滲漏：SPARROW 設(shè)備（可能只有加密狗大小）可能會(huì)成為已知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)滲漏技術(shù)的有效替代手段。

命令與控制：它們可以使用商用通信基礎(chǔ)設(shè)施匿名與惡意物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程通信，觸發(fā)意外事件。

秘密活動(dòng)：代理能夠與敵對(duì)區(qū)域的 SPARROW 設(shè)備進(jìn)行通信，并且不用廣播明顯的信號(hào)或直接訪問(wèn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。

以下是重要收獲：

無(wú)線 MAC 協(xié)議中的不安全消息可能會(huì)被低成本的用戶(hù)設(shè)備用來(lái)進(jìn)行惡意意圖的隱蔽通信。行業(yè)組織在評(píng)估安全態(tài)勢(shì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到這種新型漏洞。

該漏洞長(zhǎng)期以來(lái)一直未被披露，這一事實(shí)應(yīng)當(dāng)引起協(xié)議規(guī)范編寫(xiě)人員的足夠重視，縝密考慮在設(shè)計(jì)階段對(duì)重播和廣播的濫用。

研究人員應(yīng)當(dāng)對(duì)其他早期 MAC 協(xié)議開(kāi)展檢查，看看是否存在其他繞過(guò)流量檢驗(yàn)設(shè)備的隱蔽通信方法。

您如何防范網(wǎng)絡(luò)上的這類(lèi)漏洞？針對(duì)易受攻擊的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種通用的補(bǔ)救措施。