[論文レビュー] IoT Security: An End-to-End View and Case Study

Zhen Ling, Kaizheng Liu+6 more|arXiv (Cornell University)|May 15, 2018

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 22被引用数 15

ひとこと要約

本論文は、IoTセキュリティとプライバシーのエンドツーエンドフレームワークを提示し、ハードウェア、ソフトウェア、ネットワーキング、クラウドアナリティクスの各分野にまたがる10のコア機能を特定している。実世界のエクスプロイトをEdimax IPカメラに対して実施し、スプーフィングによるパスワード盗難の成功率が98％に達することを示した。また、ミライトスルムの拡散をモデル化し、スキャンレートとパスワード辞書のサイズが攻撃速度に与える影響を、実世界のデータと照合してシミュレーションを検証した。

ABSTRACT

In this paper, we present an end-to-end view of IoT security and privacy and a case study. Our contribution is three-fold. First, we present our end-to-end view of an IoT system and this view can guide risk assessment and design of an IoT system. We identify 10 basic IoT functionalities that are related to security and privacy. Based on this view, we systematically present security and privacy requirements in terms of IoT system, software, networking and big data analytics in the cloud. Second, using the end-to-end view of IoT security and privacy, we present a vulnerability analysis of the Edimax IP camera system. We are the first to exploit this system and have identified various attacks that can fully control all the cameras from the manufacturer. Our real-world experiments demonstrate the effectiveness of the discovered attacks and raise the alarms again for the IoT manufacturers. Third, such vulnerabilities found in the exploit of Edimax cameras and our previous exploit of Edimax smartplugs can lead to another wave of Mirai attacks, which can be either botnets or worm attacks. To systematically understand the damage of the Mirai malware, we model propagation of the Mirai and use the simulations to validate the modeling. The work in this paper raises the alarm again for the IoT device manufacturers to better secure their products in order to prevent malware attacks like Mirai.

研究の動機と目的

• リスク評価とシステム設計を支援する、IoTセキュリティとプライバシーの包括的でエンドツーエンドの視点を構築すること。
• システムの各レイヤーにわたり、セキュリティとプライバシーに不可欠な10の基本的IoT機能を特定すること。
• Edimax IPカメラに対する実世界のエクスプロイトを実証し、スプーフィング、ブルートフォース、スキャン攻撃を用いて完全なリモート制御を可能にした。
• パスワード辞書攻撃とスキャンレートの影響を考慮したミライトスルムの拡散をモデリングおよびシミュレーションすること。
• 理論的モデルを2016年のミライトスルムDDoS攻撃の実世界データと照合し、将来のボットネットやワームの流行のリスクを明らかにすること。

提案手法

• デバイス、コントローラ、クラウドの3要素から成るIoTアーキテクチャを提案し、セキュリティとプライバシー要件を整理するための10のコア機能を統合する。
• ハードウェア、ファームウェare、ソフトウェア、ネットワーキング、クラウドビッグデータアナリティクスの5つの次元にわたり、セキュリティ分析を適用する。
• デバイススキャン、ブルートフォース、スプーフィング攻撃を用いて、実世界のEdimax IPカメラに対するエクスプロイトを実施し、完全なリモート制御を達成する。
• 感染率、スキャンレート、混雑度のパラメータを含む、修正されたSIR型微分方程式を用いてミライトスルムの拡散を数学的モデリングする。
• NS3ネットワークシミュレーションを用いて、ユーザー名/パスワードの試行回数（5〜30回）を変化させた状況下での拡散モデルの妥当性を検証する。
• 理論的拡散曲線と2016年のミライトスルムDDoS攻撃における実世界のネットワークテレスコープデータを比較し、モデルの正確性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 IoTセキュリティとプライバシーのエンドツーエンドフレームワークを、設計とリスク評価を支援する形で体系的に構築するにはどうすればよいか？
• RQ2 Edimax IPカメラのような消費者向けIoTデバイスに、完全なリモート改ざんを可能にする主要な脆弱性は何か？
• RQ3 パスワード辞書攻撃におけるユーザー名/パスワードの試行回数が、ミライトスルムに類似したマルウェアの拡散速度とスケーラビリティに与える影響は何か？
• RQ4 ミライトスルムの理論的拡散モデルは、2016年のDDoS攻撃における実世界のネットワークテレスコープデータとどの程度一致するか？
• RQ5 Edimaxデバイスに同定された脆弱性は、ミライトスルムに類似した大規模なボットネットやワームの流行を引き起こす可能性があるか？

主な発見

• スプーフィング攻撃を用いたEdimax IPカメラのシステムは、パスワードの強度にかかわらず、98％の成功率でユーザーのパスワードを盗難できた。
• ブルートフォースおよびスキャン攻撃により、標的としたモデルのすべてのカメラが完全にリモート制御可能であり、デフォルト設定における深刻な設計上の欠陥が明らかになった。
• シミュレーションでは、スキャンごとのパスワード試行回数を5から30に増加させることで、ミライトスルムの拡散速度が向上したが、ネットワーク混雑の影響により効果の逓減が見られた。
• 理論的拡散モデルは、2016年のミライトスルム攻撃における実世界データとよく一致しており、約110,000台の脆弱なデバイスが特定された。
• 秒間27パケットのスキャンレートは妥当であると検証され、実世界のミライトスルム展開における観測トラフィックと整合した。
• モデルは混雑度とデバイスの利用可能性が感染ダイナミクスに与える影響を的確に捉えており、ミライトスルムの拡散が一様ではなく、時間とともに遅くなることが確認された。