該漏洞使得未經(jīng)授權的用戶(hù)有機會(huì )在完成網(wǎng)絡(luò )身份驗證之前，就能對建立鏈路的初始消息當中的要素加以利用。因此，一個(gè)匿名的非授權用戶(hù)可以利用基站廣播信號將消息傳遞給蜂窩覆蓋區域內的另一個(gè)匿名用戶(hù)。
與已知的隱蔽通信技術(shù)相比，這種新型非授權通信技術(shù)利用的是無(wú)線(xiàn)接入基礎設施中的 MAC 層（L2），而不是直接訪(fǎng)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(fǎng)問(wèn)控制（MAC）層為上層提供無(wú)線(xiàn)資源分配服務(wù)和數據傳輸服務(wù)。MAC 層的數據傳輸服務(wù)包括執行調度請求、緩沖狀態(tài)報告、隨機接入和混合自動(dòng)重傳請求（HARQ）等。”
該漏洞的正式名稱(chēng)為 CVD-2021-0045，昵稱(chēng) SPARROW。我們已經(jīng)負責任地在 GSMA 協(xié)調漏洞披露計劃中對其進(jìn)行了披露；GSMA 移動(dòng)安全網(wǎng)站 <https://www.gsma.com/security/gsma-mobile-security-hall-of-fame/>也認可了該漏洞。
SPARROW 的發(fā)現過(guò)程
作為是德科技 ATI 研究中心的高級研究員，我的研究方向是信號處理和無(wú)線(xiàn)系統安全。2020 年，我在研究數據滲漏方法的工作過(guò)程中，設想了利用商用通信網(wǎng)絡(luò )中的無(wú)線(xiàn)廣播資源泄露數據的可能性。我意識到，網(wǎng)絡(luò )和互聯(lián)網(wǎng)應用中存在許多威脅場(chǎng)景，其中一部分超出了無(wú)線(xiàn)安全領(lǐng)域所定義的常見(jiàn)威脅。我對漏洞的定義是：在預期的應用范圍之外使用系統的機會(huì )。威脅場(chǎng)景（比如數據滲漏等）對于查找和修補系統及標準中存在的漏洞具有特殊意義。
數據滲漏場(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，從而將受感染系統中的敏感信息泄漏出去。到目前為止，一些廣為人知的數據滲漏技術(shù)利用的是互聯(lián)網(wǎng)應用和網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，安全行業(yè)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了針對性的預防措施。根據我對無(wú)線(xiàn)安全的理解，我首先問(wèn)了一個(gè)關(guān)鍵的假設性問(wèn)題。正是這個(gè)問(wèn)題的提出，為我的新發(fā)現奠定了基礎：“如果有人利用商用無(wú)線(xiàn)接入基礎設施的 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(xiàn)信號幾乎無(wú)所不在，因此利用它們進(jìn)行數據滲漏的話(huà)，就可以繞過(guò)現有的所有預防措施。我沒(méi)有找到任何關(guān)于利用無(wú)線(xiàn) MAC 層（L2）協(xié)議進(jìn)行隱蔽通信的文章，這種疏忽應當歸咎為研究界對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(xiàn)安全領(lǐng)域，隱蔽通信通常指的是使用 L1 層無(wú)線(xiàn)信號的隱蔽廣播，包括能夠利用授權用于商用網(wǎng)絡(luò )的頻譜的 L1 盜版無(wú)線(xiàn)。但是，L2 是什么情況？
我的第一個(gè)研究目標是大家耳熟能詳的 3GPP 標準。 2020 年 2 月，我在 3GPP TS 36.321 標準中發(fā)現了一個(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備在不連接網(wǎng)絡(luò )的情況下在小區內交換隱蔽的短消息。我們與意大利米蘭的一個(gè)工程團隊一起安排了一次概念驗證。這個(gè)場(chǎng)景于 2020 年 12 月得到驗證。
SPARROW 的危害
基于以下原因，SPARROW 會(huì )對在其他隱蔽通信方式保護下的關(guān)鍵設施構成真正的危險：
- 匿名程度極高：SPRROW 設備在運行時(shí)不與主機網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行身份驗證，因此避開(kāi)了暴露給網(wǎng)絡(luò )安全和合法攔截系統以及頻譜掃描儀的風(fēng)險。它們利用的資源非常有限，對主機網(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)設備，就可以進(jìn)一步擴大通信范圍。
- 功耗低、操作簡(jiǎn)單：SPARROW 設備可對安裝在商用 SDR 上的現有的協(xié)議實(shí)施資源庫加以利用。它們使用電池供電，或是長(cháng)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(xiàn)數據滲漏：SPARROW 設備（可能只有加密狗大小）可能會(huì )成為已知網(wǎng)絡(luò )數據滲漏技術(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設施匿名與惡意物聯(lián)網(wǎng)設備遠程通信，觸發(fā)意外事件。
- 秘密活動(dòng)：代理能夠與敵對區域的 SPARROW 設備進(jìn)行通信，并且不用廣播明顯的信號或直接訪(fǎng)問(wèn)現有網(wǎng)絡(luò )。
以下是重要收獲：
- 無(wú)線(xiàn) MAC 協(xié)議中的不安全消息可能會(huì )被低成本的用戶(hù)設備用來(lái)進(jìn)行惡意意圖的隱蔽通信。行業(yè)組織在評估安全態(tài)勢時(shí)應當充分考慮到這種新型漏洞。
- 該漏洞長(cháng)期以來(lái)一直未被披露，這一事實(shí)應當引起協(xié)議規范編寫(xiě)人員的足夠重視，縝密考慮在設計階段對重播和廣播的濫用。
- 研究人員應當對其他早期 MAC 協(xié)議開(kāi)展檢查，看看是否存在其他繞過(guò)流量檢驗設備的隱蔽通信方法。
您如何防范網(wǎng)絡(luò )上的這類(lèi)漏洞？針對易受攻擊的無(wú)線(xiàn)標準，我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種通用的補救措施。
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