[論文レビュー] A New Covert Channel over Cellular Voice Channel in Smartphones

Bushra Aloraini, Daryl Johnson+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 22, 2015

Internet Traffic Analysis and Secure E-voting参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、スマートフォンのセルラー音声チャネルを悪用して、データを音声に似た音声信号に変調することで漏洩させる、新しいコベートチャネルを提案している。Androidベースの音声モデムを用いて、著者らは0.018%のビット誤り率で13 bpsのスループットを達成した。これは、ユーザーモードのルートキットを介してAndroidのセキュリティポリシーを回避し、静かに通話を受信することで、音声ストリームを通じてデータ漏洩を実現したことを示している。

ABSTRACT

Investigating network covert channels in smartphones has become increasingly important as smartphones have recently replaced the role of traditional computers. Smartphones are subject to traditional computer network covert channel techniques. Smartphones also introduce new sets of covert channel techniques as they add more capabilities and multiple network connections. This work presents a new network covert channel in smartphones. The research studies the ability to leak information from the smartphones applications by reaching the cellular voice stream, and it examines the ability to employ the cellular voice channel to be a potential medium of information leakage through carrying modulated speech-like data covertly. To validate the theory, an Android software audio modem has been developed and it was able to leak data successfully through the cellular voice channel stream by carrying modulated data with a throughput of 13 bps with 0.018% BER. Moreover, Android security policies are investigated and broken in order to implement a user-mode rootkit that opens the voice channels by stealthily answering an incoming voice call. Multiple scenarios are conducted to verify the effectiveness of the proposed covert channel. This study identifies a new potential smartphone covert channel, and discusses some security vulnerabilities in Android OS that allow the use of this channel demonstrating the need to set countermeasures against this kind of breach.

研究の動機と目的

• スマートフォンにおけるセルラー音声チャネルをコベート通信の媒体として使用する可能性を調査すること。
• 音声ストリームの変調を活用した実用的なコベートチャネルを設計・検証すること。
• Android OSにおける継続的かつ非表示での音声チャネルアクセスを可能にするセキュリティ脆弱性を同定・悪用すること。
• 実際のスマートフォン環境下でのコベートチャネルの有効性と信頼性を評価すること。
• モバイルシステムにおけるこうしたコベートチャネルに対する対策の必要性を強調すること。

提案手法

• 音声に似た音声信号内にデータを符号化・復号化するAndroidベースのソフトウェア音声モデムを設計・実装すること。
• 周波数シフト変調（FSK）技術を用いて、自然な会話に似た音声にデータを変調することで、音声ストリームに埋め込むこと。
• ユーザーモードのルートキットを作成し、着信通話を自動で受信することでAndroidのセキュリティポリシーを回避し、音声チャネルへのアクセスを確保すること。
• セルラーネットワークの音声パスをコベートデータ伝送の媒体として使用し、低帯域幅かつ恒久的なチャネルとして扱うこと。
• 実際のデバイス環境下でのスループット、ビット誤り率（BER）、およびステルス性を評価するための複数のテストシナリオを実施すること。
• 最小限の検出可能性でリアルタイムの音声伝送をライブセルラーネットワーク上で実現し、コベートチャネルの有効性を検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートフォンのセルラー音声チャネルは、信頼性のあるコベートデータ伝送の媒体として使用可能か？
• RQ2 音声ストリームの変調を用いたコベートチャネルで達成可能な最大スループットとビット誤り率は何か？
• RQ3 Androidのセキュリティポリシーをどのようにして回避し、ユーザーの同意なしに音声チャネルへの恒久的アクセスを確保できるか？
• RQ4 こうしたコベートチャネルは、リアルタイム動作中にどの程度検出されにくいか？
• RQ5 この種のコベート通信を可能にする、Androidにおける主な技術的・アーキテクチャ的脆弱性は何か？

主な発見

• 提案されたコベートチャネルは、ライブセルラー音声チャネルを介して1秒間に13ビット（bps）のデータ伝送速度を達成した。
• ビット誤り率（BER）は0.018%で測定され、高い信頼性と低い誤り確率を示した。
• ユーザーモードのルートキットを実際に実装し、着信通話を自動で受信することで、ユーザーの同意なしに音声チャネルへのアクセスを開いた。
• この方法により、Androidのセキュリティポリシーを効果的に回避し、データ漏洩の実用的攻撃ベクトルを示した。
• テスト中、コベートチャネルは検出されず、実世界の環境下でもそのステルス性が確認された。
• 本研究は、セルラー音声チャネルがスマートフォンにおけるコベート通信に実用的かつ保護が不十分な媒体であることを確認した。