针对现代轿车 PKES 系统的中继攻击(一):简介

阅读数:6658 2019 年 8 月 29 日 15:05

针对现代轿车PKES系统的中继攻击(一):简介

摘要:
我们研究了针对现代汽车中使用 PKES 系统的中继攻击。我们构建了两个高效且廉价的攻击实现方式,即有线和无线物理层中继,这允许攻击者通过在汽车和智能钥匙之间中继消息,从而进入和启动汽车。我们的继电器完全独立于调制、协议或强大的身份验证和加密。我们对来自 8 家制造商的 10 款车型进行了广泛的评估。结果表明,仅在一个方向上传递信号(从汽车到钥匙)足以执行攻击,而汽车和钥匙之间的真正距离仍然很大(测试距离高达 50 米)。我们的研究还表明,通过我们的设置,智能钥匙可以在 8 米内被激活。这消除了攻击者接近密钥以建立中继的需要。我们进一步分析和讨论关键系统特征。鉴于中继攻击的普遍性和评估系统的数量,基于类似设计的所有 PKES 系统很可能也容易受到同样的攻击。最后,我们提出了缓解措施,以尽量减少中继攻击的风险。同时,我们提出的最新解决方案,既可以防止中继攻击,又能保留最初引入 PKES 系统使用的方便性。

针对现代轿车PKES系统的中继攻击(一):简介

1. 介绍

现代汽车嵌入了复杂的电子系统,来提高驾驶员的安全性和便利性。公众和制造商感兴趣的领域包括进入汽车、驾驶授权(即启动汽车)。

传统上,使用物理钥匙和锁定系统已经实现了访问和授权,其中通过将正确的钥匙插入门和点火锁,用户才能进入并启动汽车。在过去十年中,该系统通过远程访问进行了增强,用户可以通过按下遥控钥匙上的按钮,远程打开汽车。在这些系统中,驱动授权仍主要由物理密钥和锁定系统强制执行。物理钥匙也经常嵌入固定器芯片以防止密钥复制。

近年来,汽车制造商推出 PKES (汽车无钥匙进入与启动)系统。即使车钥匙装在兜里,PKES 系统仍然允许用户打开并启动自己的汽车。对车主来说,这个功能是如此方便,以至于当他们接近或启动车辆时不必到处找车钥匙。

1999 年,智能钥匙系统诞生。从那时开始,许多制造商已经以不同的名称开发了类似的系统。

在这项工作中,我们分析了 PKES 系统的安全性,并表明它们容易受到中继攻击。在中继攻击中,攻击者将它的一个设备放在钥匙附近,而另一个设备放在汽车附近。然后,攻击者在钥匙和汽车之间传递信息,即使钥匙远离汽车,也可以打开和启动汽车。它对应这样的一个场景,假如主人在超市,钥匙揣在兜里,而汽车停放于超市停车场。

我们测试了来自 8 家制造商的 10 款近期车型,并表明它们的 PKES 系统很容易受到某些类型的中继攻击。我们的攻击允许打开并启动汽车,而钥匙和汽车之间的真正距离仍然很大(测试远至 50 米)。这样的操作没有实际破坏密钥或引起业主的任何怀疑。

研究还表明,通过我们的设置,智能钥匙可以在几米内被激活(在某些系统上最多可达 8 米)。这消除了攻击者接近密钥以建立中继的需要。不过,在我们的设置中,汽车侧的继电器设备应该靠近汽车(<30 厘米)。我们实现了使用不同天线和放大器的有线和无线物理层中继设置。继电器设置成本在 100-1000 美元之间,具体取决于组件的选择。这表明对 PKES 系统的中继攻击既便宜又实用。

尽管在公开文献中已经讨论过对 PKES 系统进行此类攻击的可能性,但尚不清楚这些攻击在现代汽车上是否可行;在本文中,我们证明了这些攻击既可行又实用。

除演示对 PKES 系统的中继攻击外,我们还进一步分析了这些系统的关键时间特征并讨论了结果。同时,我们还提出了可以由车主立即部署的简单对策,以最大限度地降低中继攻击的风险;但是,这些对策也会禁用 PKES 系统的运行。最后,我们回顾了针对中继攻击的最新解决方案,并讨论了它们对汽车 PKES 系统的有效性和适用性。

我们注意到,在 PKES 系统上可能进行中继攻击的主要原因是,为了打开和启动汽车,汽车不会验证正确的钥匙是否在物理上接近,而是验证它是否可以与正确的钥匙通信,假设交流能力(即通信邻域)意味着接近(即物理邻域)。这仅适用于非对抗性设置。在对抗设置中,通信邻域不能作为物理接近度的证据。鉴于此,任何安全的 PKES 系统都需要启用汽车和钥匙以安全地验证其物理接近度。

这是很自然的,因为只有当合法用户(拿着钥匙)物理上靠近汽车时才能打开汽车。我们概述了基于距离边界的新 PKES 系统,该系统实现了这一目标,并为最初引入 PKES 系统的用户提供了便利。我们注意到,中继攻击在其他情况下也被类似地使用,例如作为黑手党欺诈攻击、虫洞攻击。

论文的其余部分安排如下。在第 2 节中,我们首先描述了从物理钥匙到 PKES 系统的汽车钥匙系统演变。在第 3 节中,我们描述了有线和无线物理层中继攻击的设计和实现方式。第 4 节介绍了我们在 10 种不同 PKES 模型上进行的实验结果。第 5 节描述了这些攻击的后果和影响,对策在第 6 节中介绍,相关工作在第 7 节中介绍。

注:
本文来自《Relay Attacks on Passive Keyless Entry and Start Systems in Modern Cars》

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