[論文レビュー] Discovering and Understanding the Security Hazards in the Interactions between IoT Devices, Mobile Apps, and Clouds on Smart Home Platforms

Wei Zhou, Yan Jia+6 more|arXiv (Cornell University)|Nov 8, 2018

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 30被引用数 71

ひとこと要約

本論文は、IoTデバイス、モバイルアプリ、クラウド間の相互作用から生じるセキュリティ上の脅威を、ファントムデバイスを用いて不正な状態遷移と攻撃を明らかにする5つの主要なクラウドベースのスマートホームプラットフォームで分析する。

ABSTRACT

A smart home connects tens of home devices to the Internet, where an IoT cloud runs various home automation applications. While bringing unprecedented convenience and accessibility, it also introduces various security hazards to users. Prior research studied smart home security from several aspects. However, we found that the complexity of the interactions among the participating entities (i.e., devices, IoT clouds, and mobile apps) has not yet been systematically investigated. In this work, we conducted an in-depth analysis of five widely-used smart home platforms. Combining firmware analysis, network traffic interception, and blackbox testing, we reverse-engineered the details of the interactions among the participating entities. Based on the details, we inferred three legitimate state transition diagrams for the three entities, respectively. Using these state machines as a reference model, we identified a set of unexpected state transitions. To confirm and trigger the unexpected state transitions, we implemented a set of phantom devices to mimic a real device. By instructing the phantom devices to intervene in the normal entity-entity interactions, we have discovered several new vulnerabilities and a spectrum of attacks against real-world smart home platforms.

研究の動機と目的

• スマートホームプラットフォーム上でのIoTデバイス、モバイルアプリ、およびIoTクラウド間の相互作用に起因するセキュリティ上の危険を特徴づける。
• デバイス、クラウド、モバイルアプリの相互作用をリバースエンジニアリングして、正当な状態遷移図を推定する。
• 予期せぬ状態遷移と認証のギャップを特定し、新たな攻撃面を露呈する。
• ファントムデバイスを用いた実用的な攻撃を実演して、発見された脆弱性を検証する。
• プラットフォーム提供者への開示と緩和策の洞察を提供する。

提案手法

• ファームウェアのリバースエンジニアリング、ネットワークトラフィックの傍受、ブラックボックステストを組み合わせて三者の相互作用を研究する。
• MITMと証明書固定回避を用いてクラウド-アプリ間およびデバイス-アプリ間の通信を解読する。
• IoTクラウド、デバイス、モバイルアプリの正当な状態マシンを抽出するために静的および動的分析を行う。
• 通常の相互作用に介入して不正な状態遷移を引き起こすファントムデバイスのプログラムを作成する。
• 要求パラメータを操作して認証チェックを検証し、設計上の欠陥を特定する。
• アイデンティティ、正当性、デバイスID情報を分類し、攻撃のためにこれらを取得することの実現可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 スマートホームプラットフォームにおけるIoTクラウド、デバイス、モバイルアプリの相互作用を支配する正当な状態遷移図は何か？
• RQ2 相互作用はどこで予期される状態の組み合わせや認証チェックを逸脱し、新たな脆弱性を生み出すのか？
• RQ3 ファントムデバイスを用いてプラットフォーム間で予期せぬ遷移や攻撃を引き起こし、検証するにはどうすればよいか？
• RQ4 実世界のプラットフォームで三者の相互作用を考慮すると、どのような新たな危険が出現するか？

主な発見

• 現実のプラットフォームは、IoTクラウド、デバイス、モバイルアプリの三者間の有効な状態遷移を厳密に強制していない。
• 実体は予期せぬ状態の組み合わせを占有することがあり、実践上の潜在的リスクを生む。
• IoTクラウドは相互作用リクエストに対して十分な認証チェックを行わないことがある。
• 複数の設計上の欠陥を組み合わせて新たな危険を生み出す攻撃を構築できる。
• ファントムデバイスは被害者のデバイスを遠隔で置換したり、デバイスを乗っ取ったり、ユーザーの紐付けを解除したり、デバイスになりすましたり、大量のファームウェア要求を発生させたりして、攻撃面を拡大する。
• 本研究は、五つの主要プラットフォーム（Samsung SmartThings、TP-Link KASA、XiaoMi MIJIA、Ali Alink、JD Joylink）における具体的な脆弱性を実証し、統合的なセキュリティ分析を強調している。