Drahtlose Netze - uni-oldenburg.de

Drahtlose Netze

Veranstaltung� Sicherheit in Rechnernetzen

Übersicht

� Sicherheitsprobleme in drahtlosen Netzen� Bluetooth� Kurzübersicht Funktion� Sicherheitsmechanismen und Schwachpunkte

� UMTS� Sicherheitsmechanismen und deren Schwachstellen

� WLAN� WEP und EAP� Angriffspunkte

UMTS

� Universal Mobile Telecommunications System

� Mobilfunk der 3. Generation

� 1998 von der ITU entwickelt

� Soll zukünftig GPRS (General Packet Radio Service) ersetzen

Technische Daten

� Frequenzbereich 1900-2200MHz

� Übertragungsrate von 384 kBit/s bis 2 MBit/s

� Benutzt derzeit als Grundlage GSM (Global System for Mobile Communications) Struktur

UMTS Begriffe

� Mobilstation (MS)� Ausstattung des Teilnehmers besteht aus� Mobile Equipment (ME) - das Gerät an sich� International Mobile Equipment Identity (IMEI) -

Kombination aus Typzulassungscode und Seriennummer

� Beinhaltet üblicherweise auch dieUniversal Subscriber Identity Module (USIM) Karte� Zugangsberechtigung und verantwortlich für

Verschlüsselung und Authentifizierung

UMTS Begriffe� International Mobile Subscriber Identity (IMSI)� Permanente Teilnehmeridentität

� Home Location Register (HLR)� Komponente des Netzbetreibers� Beinhaltet alle relevanten Teilnehmerdaten� VLRs fordern von hier Daten zur lokalen

Authentifikation

� Visitor Location Register (VLR)� Speichern temporär Daten über Nutzer, die sich in

ihrem Zuständigkeitsbereich aufhalten

UMTS Begriffe

� Authentication Center (AuC)� Meist Teil des HLR� Erzeugt und ordnet geheimen individuellen

Teilnehmerschlüssels (Shared Secret) der IMSI zu

� Equipment Identity Register (EIR)� Speichert die weltweit eindeutigen IMEI Nummern� Rückverfolgung verlorenen oder gestohlener Geräte

anhand dieses Registers möglich

Sicherheitsarchitektur

1. Netzzugangssicherheit

2. Sicherheit im Netzbereich

3. Sicherheit im Benutzerbereich

4. Sicherheit im Anwendungsbereich

5. Sichtbarkeit und Konfigurierbarkeit der Sicherheitsmechanismen

Sicherheitsarchitektur

HE (Home Environment)SN (Serving Network)AN (Access Network)

Netzzugangssicherheit

� Geheimhaltung der Teilnehmereigenschaften� IMSI, Standort und angeforderte Dienste

� Gegenseitige Authentifizierung von Netz und Teilnehmer� Sichere Vereinbarung des Authentifizierun-

gsalgorithmus zwischen MS und Netz� Teilnehmer- und Netzauthentifizierung

Netzzugangssicherheit

� Vertraulichkeit der Kommunikationsinhalte� Sichere Vereinbarung des Verschlüsselungs-

algorithmus zwischen MS und Netz� Das gleiche gilt für Chiffrierschlüssel� Vertraulichkeit der Signalisierung- und

Kommunikationsdaten während der Übertragung

Netzzugangssicherheit

� Datenintegrität der gesendeten Kommunikationsinhalte� Sichere Vereinbarung des Integritätsalgorithmus

und -schlüssels� Sicherstellung der Datenintegrität

� Identifikation der Mobilgeräte� Herausgabe der IMEI nur bei Notrufen und wenn

sich Netz gegenüber MS authentifiziert hat

Sicherheit im Netzbereich

� Authentifizierung der einzelnen Instanzen� Vereinbarungsmöglichkeiten� Authentifizierung untereinander, um manipulative

Operations- und Wartungsbefehle abzuwehren

� Vertraulichkeit der Daten� Wie bei Netzzugangssicherheit

Sicherheit im Netzbereich

� Datenintegrität� Auch hier wie Netzzugangssicherheit� Herkunftsauthentizität

� System zur Aufzeichnung von Betrugsinformationen� Informationsaustausch der Provider untereinander� Informationen haben strafrechtlichen Bestand

Sicherheit im Benutzerbereich

� Nutzerauthentifizierung durch PIN (wie GSM)

� Verwendung einer USIM

� Zugriff auf Terminal (Mobilgerät) durch weiteren Zugriffscode gesichert

Sicherheit im Anwendungsbereich

� Möglichkeiten zum sicheren Datenaustausch zwischen USIM und Netz� Authentifizierung der Anwendungen untereinander� Schutz vor Replay Angriffen (FRESH Parameter)� Empfangsbestätigung� Verschlüsselung der Anwendungsdaten� Festellung der Reihenfolge empfangener Daten

Sicherheit im Anwendungsbereich

� Netzweiter vertraulicher Teilnehmerdatenverkehr� Im Gegensatz zu GSM wird der gesamte Datenstrom

verschlüsselt (nicht nur die Luftschnittstelle)

� Anwendungen können fest mit der USIM verbunden werden� Dafür gibt es Mobil Execution Environment (MExE)� Ähnlich der Java Virtual Machine� Nur vertrauswürdige Anwendungen dürfen

ausgeführt werden

Sichtbarkeit

� Sichtbarkeit� Verschlüsselung an oder aus� Verschlüsselung durchgängig?� Sicherheitslevel des Netzes, z.B. wenn Anwender

von UMTS Zelle in GSM Zelle wechselt

Konfigurierbarkeit

� Freigabe/Sperren der USIM Authentifizierung

� Akzeptanz/Abweisung unverschlüsselter Verbindungsanfragen

� Wahl (Akzeptanz) der Verschlüsselungsalgorithmen

Verwendete Sicherheitsalgorithmen

� Schlüsselstärke 128Bit

� Authentifizierung per Challenge-Response

� GSM-kompatible Algorithmen A3, A5, A8 und Comp128

� Für UMTS vorgegeben KASUMI (japanisch: Nebel)� 128 Bit Blockchiffre� Erweitert zur Stromchiffrierung durch f8/f9

Algorithmus

Integritätscheck mittels f9

Integritätscheck mittels f9

� Eingabe:� Integritätsschlüssel (IK)� Der IK wird während der Authentifizierungsphase mit

Hilfe des f4 Algorithmus und den Daten aus USIM und HLR/AuC berechnet

� Integritätssequenznummer COUNT-I� eine Netzseitig erzeugte Zufallszahl FRESH (Zum

Schutz vor Replay Angriffen)

Integritätscheck mittels f9

� Eingabe (forts.)� ein Richtungsbit DIRECTION� Signalisierungsnachricht MESSAGE

� Sender und Empfänger berechnen je Message Authentication Code MAC-I, bzw. XMAC-I.

� Der Empfänger der Nachricht kann nun MAC-I und XMAC-I auf Gleichheit prüfen und so die Integrität feststellen.

Verwendete Sicherheitsalgorithmen

� Verwendung eigener Algorithmen ist den jeweiligen Herstellern erlaubt

� Vorgeschlagene Algorithmen basierende auf MILENAGE� f1-f5

Verbesserungen zu GSM

� Verwendung offener Algorithmen

� Verdoppelung der Schlüssellänge auf 128 Bit

� Durchgehende Verschlüsselung

� Regelmäßige Erneuerung der Schlüssel (key refresh)

� Authentifizierung des HLR gegenüber der USIM

Verbesserungen zu GSM

� Ggf. Wahl der Verschlüsselungs- und Authentifizierungsalgorithmen

� Anzeige über Sicherheitsstandard des Netzes Statusmeldung bzgl. Verschlüsselung

� Integritätssicherung von Nutz- und Signaldaten

Schwachpunkte von UMTS

� Nutzung einer falschen Basisstation (BS)� MS kann während dessen keine Verbindung zum

Netz aufbauen

� Mit falscher BS + Kenntnis über einen ungenutzen Authentication Vector� Umleiten des Datenverkehrs über falsche BS� Abhören der (verschlüsselten) Daten

Schwachpunkte von UMTS

� Nachahmung eines Teilnehmers� Voraussetzung: Falsche BS, modifizierte MS +

ungenutzer Authentication Vector� Übernahme ein- und ausgehender Verbindungen

möglich� Telefonieren auf Kosten des legitimen Teilnehmers

möglich

� Wie bei allen Funkdiensten: Störsender

Zusammenfassung UMTS

� Viele Angriffsmöglichkeiten des GSM Netzes wurden beseitigt

� Verbesserte Informationspolitik

� Angriff/Manipulation zwar weiterhin möglich, Aufwand (Hardware/Wissen) aber deutlich gestiegen

Wireless Fidelity (Wi-Fi)

� IEEE 802.11 1997-1999� Unterpunkte 802.11a-i

� Zusätzlich 802.1X� Allgemein auch Wireless LAN (WLAN)

Übersicht WLAN

� WLANs entdecken

� WEP

� EAP-MD5

� Lösungsansätze zu aktuellen Sicherheitsproblemen

Aufspüren von WLANs

� Wird als WarXing bezeichnet

� Aktives scannen, z.B. mit Netstumbler� Keine spezielle Hardware notwendig� Kann getarnte oder beschränkte Netze nicht

entdecken� Kann geortet werden

� Passives scannen, z.B. mit Kismet� Aufwendiger zu implementieren� Nicht mit jeder Hardware lauffähig

Kismet

Kismet

Warchalking

Wired Equivalent Privacy (WEP)

� In IEEE 802.11 enthaltenes Sicherheitsprotokoll

� Ziele� Geheimhaltung der übertragenen Daten� Zugangsschutz zum drahtlosen Netz� Wahrung der Datenintegrität mittels ICV

� Basiert auf Rivest Cipher 4 (RC4) Algorithmus

WEP

� Schlüssellänge:� 40 Bit WEP (64) bzw. 104 Bit WEP(128)� + 24 Bit Initialisierungsvektor

� Verteilung der Schlüssel muss bei WEP manuell durchgeführt

Authentifizierung durch WEP

� Open System� Standrad Authentifizierung� Als Identität wird die MAC Adresse benutzt

� Shared Key� WEP muss aktiviert sein� Challenge-Respone mittels WEP-Schlüssels

WEP

� Folgende Grafiken (mit Seitenumbruch):� WEP Verschlüsselung� WEP Entschlüsselung

WEP Schwächen

� Schlüsselverwaltung

� Authentifizierung

� Geheimhaltung

� Integrität der Daten

� Zugriffskontrolle

Schlüsselverwaltung

� WEP verwendet maximal 4 Schlüssel� Bei größeren Netzen müssen Schlüssel mehrfach

verwendet werden� D.h. viele Leute hüten ein Geheimnis

� Verteilung ist nicht im Standard vorgeschrieben� Schlüsselverteilung erfolgt meist manuell� Wechsel findet selten statt� Häufig wird sogar nur ein Schlüssel verwendet

Wiederverwendung des RC4-Stroms

� Bei 24 Bit IV wiederholt sich der Schlüsselstrom in einem ausgelasteten Netz nach weniger als 1 Tag� Bei 5,5 MBit/s und Paketen mit 512 Byte tritt

Wiederholung bereits nach 3,3 Stunden ein� Wörterbuchangriff ist möglich

� Es wird im Standard nur empfohlen den IV jedes mal zu wechseln

Authentifizierung

� Open System ist voreingestellt und wird laut Untersuchung zu 60% beibehalten

� Challenge Text wird unverschlüsselt übertragen� Bereits ein 128 Byte langer Schlüsselstrom +

bekanntem IV kann zur Authentifizierung missbraucht werden

Geheimhaltung

� Für Angriffe auf WEP stehen bereits Werkzeuge zur Verfügung� z.B. Airsnort oder WebAttack� Angreifer benötigen nur geringe Kenntnisse

� Der Aufwand zum dechiffrieren liegt meist unter einer Woche

Integrität der Daten

� Die Integrität wird durch CRC-32 gewährleistet� Sicher gegen unbeabsichtigte Fehler� CRC ist aufgrund seiner Linearität jedoch nicht

sicher gegen absichtliche Manipulation

Zugriffskontrolle

� Ähnlich wie bei Geheimhaltung� Authentifizierung mittels Shared Key verhindert

„schnellen“ Zugriff� Mit einigem Zeitaufwand kann die Zugriffskontrolle

außer Kraft gesetzt werden

Einschätzung von WEP

� WEP wurde als Kompromiss zwischen Sicherheit und Effizienz geschaffen

� Die kryptografische Exportbeschränkung seitens der USA floss mit ein

� WEP wird mittlerweile als unsicher eingestuft und wird zukünftig nicht mehr verwendet� Ziele von WEP wurden nicht erreicht

� Wenn keine andere Sicherung zur Verfügung steht, sollte es dennoch eingesetzt werden

Sicherheit durch 802.1X

� Alternative zu WEP

� Ursprünglich für drahtgebundene Netze gedacht

� Basiert auf EAP (Extensible Authentication Protocol)� für PPP (point-to-point protocol) entwickelt

802.1X Komponenten

� Client (Supplicant)� Der zukünftige Teilnehmer

� Authentifizierer (Authenticator)� Kommunikationspartner des Clients� meist der Access-Point

� Authentifizierungsserver (Authentication Server)� übleicherweise RADIUS Server (Remote Access Dial-

up User Service)

802.1X Autorisation

� Nach der Authentifikation erfolgt die Autorisation über Ports� unkontrollierter Port steht immer zur Verfügung, ist

aber nur eingeschränkt nutzbar� kontrollierter Port steht nur zur Verfügung wenn

Autorisation erfolgreich war

EAP over LAN

� Zwischen Client und Authentifizierer wird das EAP Paket eingekapselt� EAPOL (EAP over LAN)

EAP over LAN� Version derzeit immer 1

� Paket-Typ

0 Kennzeichnet gekapseltes EAP Paket

1 EAPOL-Start, Beginn der Authentifizierung

2 EAPOL-Logoff, Abmeldung des Clients

3 EAPOL-Key, Austausch von Schlüsselinformationen

4 EAPOL-Encapsulated-ASF-Alert, Alarmmeldungen über den unautorisierten Port senden

� Rumpflänge + Paketrumpf� Die eigentlichen Daten sowie deren Umfang

Authentifizierung mittels EAP-MD5

� Kommunikation zwischen Authentifizierer und Authentifizierungsserver� meist über EAP over Radius

� An- und Abmeldung im folgenden dargestellt� Die Antwort MD5- Challenge besteht aus� 16 Byte MD5 Hash über Konkatenation von EAP-ID,

zugehöriges Passwort und Challenge-Text

Probleme

� Authentifizierer muss sich nicht dem Client gegenüber authentifizieren� Man-in-the-Middle Angriff sehr leicht möglich

� Authentifizierung nur beim Verbindungsaufbau� Hijacking möglich

� Bei der Authentifizierung werden Identität und Challenge am Klartext übertragen� Der MD5 Hash aus Challenge, Passwort und

Identität kann für Wörterbuchangriff genutzt werden

Problemlösungsansätze

� MAC Zugangsliste� Nachteil: Aufwendige Administration und spezielle

Hardware erlaubt Manipulation der Adresse

� EAP-TLS� Transport Layer Security (TLS) gilt bisher als sicher� Beidseitige Authentifizierung mittels Zertifikaten� Nachteil: Hoher Konfigurationsaufwand

Problemlösungsansätze

� Sicherungsmaßnahmen auf höheren Schichten� Absicherung einzelner Dienste� Mögliche Probleme jedoch durch gefälschte MAC-

Adressen

� Abgrenzung des Netzes� Zwischen drahtlosem und drahtgebundenen Netz

wird eine Firewall geschaltet� Drahtloser Bereich wird durch eigenes IDS

überwacht

Problemlösungsansätze

� Verwendung des neuen Standards 802.11i� Derzeit noch im Entwicklungsstadium

� Der als WPA 2 (Wi-Fi Protected Access) bezeichnete Standard setzt neue Hardware voraus

Zusammenfassung

� Drahtlose Netze sind leichter angreifbar als drahtbebundene

� Halbwegs sichere WLANs erfordern hohen Administrationsaufwand

� Für weniger vertrauliche Daten dennoch brauchbar

� Detaillierte Ausarbeitung zum Thema WLAN� Diplomarbeit - Sicherheit in drahtlosen Netzen

(Marco Helmers)