Odposlouchávání GSM komunikace

Prerekvizity

Hardware

• USB zařízení s chipsetem podporovaným RTL-SDR, v našem případě RTL2832U
• Mobilní telefon s podporou přímého přístupu k modemu, v našem případě Samsung Galaxy S4

Software - nástroje

• Minicom
• kal
• gqrx
• gr-gsm framework

Článek předpokládá nainstalované a funkční nástroje uvedené výše. Internet disponuje zdroji pro jejich zprovoznění. Přikládáme ale několik našich poznámek z instalace na Kali Linux 2020.2:

Balíky + prerekvizity

#apt-get install gqrx

#apt-get install kalibrate_rtl

#apt-get update && DEBIAN_FRONTEND=noninteractive apt-get install -y cmake autoconf libtool pkg-config build-essential \

libcppunit-dev swig doxygen liblog4cpp5-dev python3-docutils gnuradio-dev gnuradio libgmp-dev libboost-regex-dev liborc-dev \

libosmocore-dev gr-osmosdr

#pip install lscipy

Kompilace gr-gsm

#mkdir gr-gsm

#git clone -b maint-3.8 https://github.com/velichkov/gr-gsm.git

#cd gr-gsm

#mkdir build

#cd build

#cmake ..

#make -j 4

#sudo make install

#sudo ldconfig

#export PYTHONPATH=/usr/local/lib/python3/dist-packages/:$PYTHONPATH

Práce s RTL-SDR

V první řadě je záhodno vyzkoušet naše RTL-SDR zařízení, zda-li je systémem správně rozpoznáno a vypsání informací o něm. To je možné příkazem:

rtl_test

Zajímavá je informace o zisku přijímače (gain). Náš přijímač podporuje maximální zisk 49,6 dB, což pomůže zesílit přijímaný signál.

Dále může být užitečný výpis nástroje kalibrate_rtl, který automaticky vyhledá GSM sítě v dosahu a vypíše jejich frekvenci. Všimneme si parametru -g, který specifikuje právě zisk našeho přijímače:

Je potřeba přiznat, že tento nástroj v době psaní článku moc nefungoval. Je možné, že jsme nedisponovali chipsetem podporovaným tímto nástrojem, nebo zkrátka síla signálu okolních GSM BTS vysílačů byla moc nízká. Nástroj vypsal pouze jednu dostupnou GSM síť.

Protože automatici ale správný hacker nikdy stoprocentně nevěří, existují velmi šikovné nástroje i pro ruční skenování mobilních sítí. Takovým nástrojem je například gqrx (výborný ekvivalent pro Windows je SDRsharp). Nástroj gqrx nám umožňuje naladit jakoukoliv adaptérem podporovanou frekvenci, zobrazení síly signálu v reálném čase, frekvenčního spektra, histogramu a mnoho dalšího.

Při ručním hledání GSM kanálů je samozřejmě zapotřebí znát jejich frekvnenční pásma, příčemž v České Republice je to pro 2G nejčastěji GSM900, t.j. 890 - 915 MHz pro uplink (z mobilu k BTS) a 935 - 960MHz pro downlink (z BTS k telefonu). Nás zajímá downlink – budeme odposlouchávat SMS, která bude na telefon doručena (pro odposlech odeslaných SMS by byl důležitý uplink). Na realtime grafu je zapotřebí hledal vrcholky, takzvané peaky. Na obrázkou je vidět vysoký downlink peak na frekvenci 943,6 MHz, další peak (ale se slabým signálem) by mohl být na 944,8 MHz.

Přesvědčit se, „že jsme správně“, a právě frekvence 943,6 je tou naší, je možné přímo v mobilním telefonu. V našem testovacím telefonu Samsung je možné vyvolat servisní menu vytočením sekvence *#0011# - to zajistí zobrazení hodnoty „ARFCN“ (absolute radio-frequency channel number), která značí právě frekvenci, na které je telefon k BTS připojený. Pro zjištění přesné frekvence z ARFCN je možné použít následující web: https://www.cellmapper.net/ARFCN.php , kde po zadání GSM pásma a právě ARFCN hodnoty nám web vypíše přesnou frekvenci.

Naše hodnota ARFCN je tedy 43 a frekvence správná, 943,6 MHz. Ještě jedna kontrola, zda-li na dané frekvenci proudí data z hovorů, SMS i mobilních dat je možné spuštěním nástroje:

grgsm_livemon

V terminálu nalevo je znatelných spoustu nových hexadecimálních dat, což značí právě probíhající GSM provoz na daném kanále. Tento provoz je možné už teď při spuštění tohoto nástroje monitorovat a nahlížet na něj v nástroji Wireshark – všechna data z grgsm_livemon jsou totiž replikována na loopback interface.

Extrakce klíče pro dešifrování provozu

Protože v našem případě je útok pasivní, není možné šifrovací klíč získat z vlastně vytvořeného BTS vysílače. Budeme tedy klíč extrahovat přímo z testovacícho mobilního telefonu.

Je důležité zmínit, že samozřejmě existuje i způsob, jak komunikaci dešifrovat „hrubou silou“. K tomu existuje nástroj Kraken a vyžaduje stažení a použití cca 200 GB předpočítaných rainbow tabulek. Příkládáme tedy odkazy pro další studium:

• Kraken - https://github.com/joswr1ght/kraken
• Rainbow tabulky - https://opensource.srlabs.de/projects/a51-decrypt/files

Protože klíč budeme extrahovat přímo z telefonu, musí se jednat o taový telefon, který podporuje přímý přístup k jeho modemu. Existují experimentální projekty na odemčených (rootlých) Androidech, zakoupit lze i tzv. OsmocomBB. Přímý přístup podporuje většina telefonů značky Samsung, dále také existují někteří výrobci/modely, které umožňují přístup k modemu při speciální změně USB režimu – to vyžaduje tzv. USB switcher. Opět příkládáme odkazy:

• https://sourceforge.net/projects/libusb/files/libusb-0.1%20%28LEGACY%29/0.1.12/
• https://github.com/ud2/advisories/blob/master/android/samsung/nocve-2016-0004/usbswitcher.c
• https://github.com/apeppels/galaxy-at-tool

Náš testovací telefon umožňuje přímý přístup přes minicom kozoli v terminálu, tudíž stačí zadat příkaz:

minicom -D /dev/ttyACM0

a dále zadat modemové AT příkazy pro čtení (číslo 176):

AT+CRSM=176,28448,0,0,9

AT+CRSM=176,28542,0,0,11

S tím, že:

• první příkaz extrahuje šifrovací klíč KC, z kterého nás zajímá celá hodnota kromě posledního jednoho bajtu, tudíž bez posledních dvou znaků – tedy 6355BFF36B21909A
• druhý příkaz extrahuje TMSI; tato hodnota je potřebná pouze při dešifrování telefonních hovorů a v tom případě nás zajímají nás první čtyři bajty (8 znaků) – tedy A94CF2C0

Poznámka: hodnota ARFCN, KC i TMSI se v průběhu času mění, je tedy zapotřebí tyto hodnoty zkontrolovat před i po procesu odposlechnutí provozu.

Analýza a dešifrování

Nyní přistoupíme k samotnému procesu:

1) Spustíme nástroj grgsm_capture příkazem:

grgsm_capture -g 49.6 -a 43 -s 1e6 -T 10 cap.cfile

Kde -g je hodnota zisku signálu, -a ARFCN -s je sample rate (ekvivalent čísla 1000000), -T doba odposlechu ve vteřinách, a následuje cap.cfile – náš capture soubor.

2) V tuto chvíli odesíláme SMS s obsahem „Testing GSM sniffing by HackingLab!“ na telefon oběti.

3) Zapneme Wireshark, protože následná analýza se bude dít na loopback rozhraní.

4) Dékódujeme zachycený provoz nástrojem grgsm_decode s tím, že jako výstup potřebujeme data zachycená „ve vzduchu“ jako broadcast - BCCH (Broadcast Control Channel), viz následující příkaz:

grgsm_decode -a 43 -s 1e6 -m BCCH -c cap.cfile -t 0

Kde -a je ARFCN, -s sample rate, -m druh komunikačního kanálu, -c náš capture soubor a -t je timeslot, v případě BCCH vždy 0

5) V dekódovaných datech hledáme rámec s popisem „Immediate Assignment“, který telefonu říká, jaký komunikační kanál má pro příjem SMS použit. V podrobnějším popisu hledáme „Channel description“, ze kterého se dozvídáme, že telefon pro příjem SMS použije komunikační kanál SDCCH/8 (Stand Alone Dedicated Control Channel s osmi subkanály) s timeslotem 1

6) Následuje tedy opět spuštění grgsm_decode, tentokrát se zjištěnými informacemi:

grgsm_decode -a 43 -s 1e6 -m SDCCH8 -c cap.cfile -t 1

7) V tomto okamžiku jsou vidět pouze data, která náleží procesu příjmu naší testovací SMS zprávy, avšak jsou stále začifrovaná. Z rámce „Ciphering Mode Command“ zjišťujeme, že jako šifrovací systém je použit A5/3, což je mimochodem systém užívaný i 3G sítěmi.

8) Spustíme tedy nástroj grgsm_decode do třetice:

grgsm_decode -a 43 -s 1e6 -m SDCCH8 -c cap.cfile -t 1 -e 3 -k '6355BFF36B21909A'

Kde -e 3 značí právě použitý šifrovací systém A5/3 a -k náš z telefonu extrahovaný KC klíč

9) Hledáme už samotný SMS paket - "(SMS) CP-DATA (RP) RP-DATA (Network to MS)", podrobněji sekci „SMS Deliver“ a pod ní „TP-User-Data“, kde si můžeme přečíst obsah naší SMSky.

Závěrem

V praxi jsme zjistili, že odposlech mobilních sítí je složitý, ale ne nemožný. Útočník, skupiny, či dokonce vlády s dostatečnám hardwarovým i softwarovým vybavením (tím je myšleno použití specializovaných a automatizovanách, ne open-source nástrojů) opravdu mohou provést úspěšný odposlech. A jedná se samozřejmě jen o jednu vrstvu působení – odposlech může být realizován také například malwarem nebo fyzickou modifikací telefonu. Obranou či prevencí je používání pouze těch nejnovějších standardů, které ještě v hackerském světě nejsou natolik probádané, či přenesení způsobu mobilní komunikace a nechání zabezpečení na TCP/IP a SSL/TLS, například pomocí technologií VoLTE / VoWLAN / VoIP. Stoprocentní ochrany to ale nikdy nebudou a i technologie přepojování paketů bude mít svoje útoky. Nezbývá tedy než doufat, že útočníky vždy bude odrazovat technická a především finanční náročnost.