[論文レビュー] A Study of the Feasibility of Co-located App Attacks against BLE and a Large-Scale Analysis of the Current Application-Layer Security Landscape

Pallavi Sivakumaran, J. Blasco|arXiv (Cornell University)|Aug 11, 2018

Bluetooth and Wireless Communication Technologies被引用数 9

ひとこと要約

本論文は、共存するAndroidアプリが、ユーザーの承認なしに、ペアリング保護を受けたBLE周辺機器の機密データにアクセスできることを実証している。これは、最小限の権限でも実現可能である。分析対象のBLEアプリの45％以上がアプリケーション層暗号化を実装しておらず、医療系アプリの70％が脆弱であることが判明。本研究では、このような欠陥を大規模に検出可能なBLECryptracerを提案する。

ABSTRACT

Bluetooth Low Energy (BLE) is a fast-growing wireless technology with a large number of potential use cases, particularly in the IoT domain. Increasingly, these use cases require the storage of sensitive user data or critical device controls on the BLE device, as well as the access of this data by an augmentative mobile application. Uncontrolled access to such data could violate user privacy, cause a device to malfunction, or even endanger lives. The BLE standard provides security mechanisms such as pairing and bonding to protect sensitive data such that only authenticated devices can access it. In this paper we show how unauthorized co-located Android applications can access pairing-protected BLE data, without the user's knowledge. We discuss mitigation strategies in terms of the various stakeholders involved in this ecosystem, and argue that at present, the only possible option for securing BLE data is for BLE developers to implement remedial measures in the form of application-layer security between the BLE device and the Android application. We introduce BLECryptracer, a tool for identifying the presence of such application-layer security, and present the results of a large-scale static analysis over 18,900+ BLE-enabled Android applications. Our findings indicate that over 45% of these applications do not implement measures to protect BLE data, and that cryptography is sometimes applied incorrectly in those that do. This implies that a potentially large number of corresponding BLE peripheral devices are vulnerable to unauthorized data access.

研究の動機と目的

• ペアリングおよびボンディングで保護されたBLEデバイスにおいて、共存するAndroidアプリが不正にデータにアクセス可能かどうかを調査すること。
• BLE対応Androidアプリケーションにおけるアプリケーション層セキュリティメカニズムの普及状況を評価すること。
• BLEデータを保護すると主張するアプリケーションにおける暗号化の誤用および実装上の欠陥を同定すること。
• 開発者、OSベンダー、プラットフォーム関係者向けの緩和策を提案すること。
• アプリのダウンロード数に基づく分析結果をもとに、実世界への影響を推定し、脆弱なBLEデバイスの数を推計すること。

提案手法

• BLEデータフローにおけるアプリケーション層セキュリティの有無を検出する静的解析ツール「BLECryptracer」を開発した。
• 公開されたアプリレポジトリから抽出した18,929個のBLE対応Android APKを大規模に静的解析した。
• Amandroidを用いたトレース解析により、BLE GATT特性からの機密データが暗号化関数に到達する経路を追跡した。
• 分類（例：医療、フィットネス）を実施し、分野別に脆弱性の分布を評価した。
• 暗号化パターンの分析により、ハードコードされた鍵や弱い暗号モード（例：ECB）の使用といった不適切な実装を検出した。
• ベンチマークと既存ツールとの比較を通じて、結果の信頼性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 別の認可済みアプリが周辺機器にペアリング済みの場合、不正なAndroidアプリがペアリング保護されたBLEデータにアクセス可能か？
• RQ2 BLE対応Androidアプリケーションの何パーセントが、BLEデータのための暗号化ベースのアプリケーション層セキュリティを実装しているか？
• RQ3 BLEデータを保護すると主張するアプリケーションにおいて、ハードコードされた鍵や不適切な暗号モード（例：ECB）の使用といった暗号化の誤用はどれほど広がっているか？
• RQ4 Androidの権限モデル（v6以降）は、このような攻撃の隠蔽性および実行可能性にどのような影響を及えるか？
• RQ5 アプリのダウンロード統計と分析結果に基づき、脆弱なBLEデバイスの推定数はどの程度か？

主な発見

• 分析対象の18,929個のBLE対応Androidアプリの45％以上が、BLEデータのための暗号化ベースのアプリケーション層セキュリティを実装していない。
• 医療系アプリでは、アプリケーション層セキュリティを実装していない割合が約70％に上昇しており、健康関連IoTデバイスにおける深刻なリスクを示している。
• 暗号化を実装しているアプリのうち15％が、ハードコードされた鍵やECBなどの不適切な暗号モードの使用といった誤用パターンを示している。
• 不正なアプリは、認可済みアプリよりも少ない権限で保護されたBLEデータにアクセス可能であり、攻撃がより静かで欺瞞的である。
• アプリケーション層セキュリティが欠落または破損していることにより、数10万台以上のBLEデバイスが不正なデータアクセスに対して脆弱であると推定される。
• 本研究では、Androidにおける現在のBLEセキュリティメカニズムが共存による脆弱性のため不十分であり、アプリケーション層セキュリティが現在唯一実用的な防御手段であると確認した。