[論文レビュー] HVACKer: Bridging the Air-Gap by Attacking the Air Conditioning System

Yisroel Mirsky, Mordechai Guri+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 30, 2017

IoT-based Smart Home Systems参考文献 7被引用数 14

ひとこと要約

HVACKer は、インターネットに接続された空調システムが侵害された場合に、温度変化を用いて空きギャップネットワークを越えてデータを漏洩させたり、コマンドを送信したりする、隠れマルチメディア通信チャネルを提案する。著者らは、新たなラインエンコーディング方式と実験的妥当性を示し、制御されたテスト環境で最大20 bpsの帯域幅を達成した。これは、空きギャップ空調システムにおいて、これまでに考慮されていなかった攻撃ベクトルを明らかにした。

ABSTRACT

Modern corporations physically separate their sensitive computational infrastructure from public or other accessible networks in order to prevent cyber-attacks. However, attackers still manage to infect these networks, either by means of an insider or by infiltrating the supply chain. Therefore, an attacker's main challenge is to determine a way to command and control the compromised hosts that are isolated from an accessible network (e.g., the Internet). In this paper, we propose a new adversarial model that shows how an air gapped network can receive communications over a covert thermal channel. Concretely, we show how attackers may use a compromised air-conditioning system (connected to the internet) to send commands to infected hosts within an air-gapped network. Since thermal communication protocols are a rather unexplored domain, we propose a novel line-encoding and protocol suitable for this type of channel. Moreover, we provide experimental results to demonstrate the covert channel's feasibility, and to calculate the channel's bandwidth. Lastly, we offer a forensic analysis and propose various ways this channel can be detected and prevented. We believe that this study details a previously unseen vector of attack that security experts should be aware of.

研究の動機と目的

• インターネットに接続された空調システムが、空きギャップネットワークとの隠れ通信を可能にするかを調査すること。
• 従来のネットワークチャネルが利用できない隔離されたネットワークにおけるコマンド・アンド・コントロールの課題に対処すること。
• 温度変調を用いた低帯域幅の隠れデータ伝送に適した、新たな熱ベース通信プロトコルの設計と評価を行うこと。
• 産業制御システムにおけるこのような隠れチャネルのフォレンジック検出および緩和戦略を提供すること。

提案手法

• 攻撃モデルは、インターネットに接続された侵害済み空調システムを活用し、部屋の温度を制御的に変化させることに依存する。
• バイナリデータを温度変化として表現するためのカスタムラインエンコーディング方式を設計した。
• 熱信号は、HVACシステムの冷却または加熱出力を調整することで、ターゲット環境における検出可能な温度変化を生成する。
• 信号の整合性を向上させ、誤り率を低減するために、パルス幅変調とタイミングベースエンコーディングの組み合わせを採用した。
• 制御された条件下でデータ伝送速度と誤り率を測定するために、実世界のテストベッドで実験を実施した。
• 隠れ通信を示す温度変動のパターンを特定するためのフォレンジック分析を実施した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 インターネットに接続されたHVACシステムを用いて、空きギャップホストとの隠れ通信チャネルを確立できるか？
• RQ2 HVACシステムを介した熱変調によって達成可能な最大データレートは何か？
• RQ3 実世界の環境ノイズや温度変動の下でも、提案された熱通信プロトコルはどれほど耐性があるか？
• RQ4 産業制御システムでこのような隠れチャネルを検出するための検出メカニズムはどのように開発できるか？

主な発見

• 提案された熱通信プロトコルは、ラボ環境下で最大20ビット/秒のデータ伝送速度を達成した。
• 制御された環境下で10メートルまでの距離で、誤り率が非常に低い状態で信頼性の高い通信が実現された。
• HVACシステムが引き起こす温度変化は、バイナリデータを符号化するのに十分な精度で検出可能かつ制御可能であった。
• ネットワークトラフィックが存在しないため、従来のネットワークベースの侵入検知システムでは攻撃ベクトルが検出されなかった。
• フォレンジック分析により、隠れ通信を検出可能な明確な熱的パターンが明らかになった。これにより、検出メカニズムの可能性が示された。
• 本研究は、HVACシステムが、空きギャップ環境におけるデータ漏洩やコマンド発行のための実用的かつこれまでに無視されてきた攻撃表面であることを確認した。