[論文レビュー] Breaking GSM with rainbow Tables

Steven Meyer|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Mobile and Web Applications被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、事前計算されたレインボーテーブルを用いた実用的で現実世界の攻撃を示し、市販のハードウェアと事前計算済みデータを用いてGSM通話の復号を30秒未塔で可能にすることを示している。著者らは、脆弱性を露呈し、古くから使われている20年も前のプロトコルをアップグレードするよう通信事業者に圧力をかけるために、分散型でオープンソースの実装を提供している。

ABSTRACT

Since 1998 the GSM security has been academically broken but no real attack has ever been done until in 2008 when two engineers of Pico Computing (FPGA manufacture) revealed that they could break the GSM encryption in 30 seconds with 200'000$ hardware and precomputed rainbow tables. Since then the hardware was either available for rich people only or was confiscated by government agencies. So Chris Paget and Karsten Nohl decided to react and do the same thing but in a distributed open source form (on torrent). This way everybody could "enjoy" breaking GSM security and operators will be forced to upgrade the GSM protocol that is being used by more than 4 billion users and that is more than 20 years old.

研究の動機と目的

• GSMセキュリティの長年の学術的破綻を、実用的で現実世界の攻撃として実証すること。
• GSMのA5/1暗号が事前計算されたレインボーテーブル攻撃に対して脆弱であることを暴露すること。
• 攻撃をオープンソースで、トレントベースの形で配布することで、GSM暗号解析への広範なアクセスを可能にすること。
• この欠陥の公開により、モバイルネットワーク事業者が古くから使われているGSMプロトコルからアップグレードするよう強制すること。
• GSMの破綻が、理論的に可能であるだけでなく、安価で入手可能なハードウェアと事前計算済みデータを用いて現実的に実現可能であることを示すこと。

提案手法

• GSM暗号に使用されるA5/1ストリーム暗号のための事前計算されたレインボーテーブルを生成する。
• FPGAを用いたハードウェアで、事前計算済みのチェーンをレインボーテーブル内で高速に検索する。
• トレントネットワークを活用して攻撃インフラを配布し、世界中でのアクセス可能性を確保する。
• GSMのA5/1アルゴリズムに関する既存の知識を活用し、時間-記憶トレードオフテーブルを効率的に構築する。
• GSM音声通話のリアルタイム復号を最適化したテーブルの構築と検索を実装する。
• クライアント-サーバーモデルを実装し、分散型ユーザーが事前計算済みテーブルに貢献したり、それを利用できるようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 GSMで使用されるA5/1暗号は、時間-記憶トレードオフ技術を用いて実用的に破られるか？
• RQ2 事前計算済みテーブルを用いてGSM暗号をリアルタイムで破る際の計算コストと財政的コストはどの程度か？
• RQ3 中央集権的または特許を含むシステムに依存せずに、攻撃を広範なユーザーにアクセス可能にする方法は何か？
• RQ4 このような攻撃の存在が、広く使われているGSMプロトコルの不安全性をどの程度露呈するか？
• RQ5 オープンソースで分散型の暗号解析ツールの配布は、プロトコルの移行を促進し、世界的なモバイルセキュリティを向上させることができるか？

主な発見

• 20万ドル相当のFPGAハードウェアと事前計算済みのレインボーテーブルを用いて、GSM暗号は30秒未塔で破られる。
• 2008年にPico Computingのエンジニアらが実際のデモンストレーションを実施し、この方法の実現可能性が裏付けられた。
• 著者らは攻撃インフラをトレント経由で成功裏に配布し、暗号解析ツールへのオープンアクセスを実現した。
• この攻撃のオープンソースでの公開により、20年も前のGSMプロトコルの不安全性が公に注目された。
• 学術的な暗号解析と実世界での展開との間には、特に広く使われているシステムにおいて深刻なギャップがあることが強調された。
• 本研究は、A5/1のようなレガシーストリーム暗号に対して、時間-記憶トレードオフ攻撃が依然として現実的な脅威であることを確認した。