[論文レビュー] Robotics CTF (RCTF), a playground for robot hacking

Gorka Olalde Mendia, Lander Usategui San Juan+10 more|arXiv (Cornell University)|Oct 1, 2018

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 22被引用数 4

ひとこと要約

本論文では、実世界の攻撃手法を用いてシミュレートされたロボットシステムのセキュリティ脆弱性を攻撃できる、オンラインで利用可能でブラウザベースのプラットフォーム「Robotics CTF（RCTF）」を紹介する。コンテナ化された環境とROS/ROS2に基づいて構築されたRCTFは、平文でのデータ送信、ハードコードされた認証情報、不適切なコマンド実行といった一般的な欠陥を対象とした、9つの段階的に複雑化するシナリオを提供しており、すべてのシナリオをオープンソース化することで、ロボットセキュリティ分野における共同研究を促進する。

ABSTRACT

Robots state of insecurity is onstage. There is an emerging concern about major robot vulnerabilities and their adverse consequences. However, there is still a considerable gap between robotics and cybersecurity domains. For the purpose of filling that gap, the present technical report presents the Robotics CTF (RCTF), an online playground to challenge robot security from any browser. We describe the architecture of the RCTF and provide 9 scenarios where hackers can challenge the security of different robotic setups. Our work empowers security researchers to a) reproduce virtual robotic scenarios locally and b) change the networking setup to mimic real robot targets. We advocate for hacker powered security in robotics and contribute by open sourcing our scenarios.

研究の動機と目的

• ロボット工学とサイバーセキュリティの間のギャップを埋えるために、攻撃的セキュリティ研究を実践的に行えるアクセスしやすいプラットフォームを提供すること。
• セキュリティ研究者やロボティクス研究者が、隔離され、カスタマイズ可能な仮想環境でロボットのセキュリティ欠陥を再現・テストできるようにすること。
• Webブラウザからアクセス可能なゲーム化されたCapture The Flag（CTF）チャレンジを通じて、ハッカー主導のロボットセキュリティを推進すること。
• 9つの初期セキュリティシナリオをオープンソース化し、新しいシナリオ開発のためのフレームワークを提供することで、コミュニティの貢献を促進すること。
• 特に、出荷時設定の不備に起因する重大な脆弱性を含む、ROS や ROS2 におけるフレームワークの脆弱性についての認識を高めること。

提案手法

• RCTFは、Docker および Docker Compose を使用したコンテナ化・ステートレスなプラットフォームとして実装されており、各シナリオは隔離され、自己完結的な環境としてデプロイされる。
• 各シナリオは、ROS および ROS2 を用いて実際のロボットシステムをエミュレートし、暗号化されていない通信、ハードコードされた認証情報、コマンドインジェクション脆弱性といった意図的なセキュリティ欠陥を含む。
• プラットフォームは、ターミナルセッションおよび Gazebo の可視化環境へのWebベースのアクセスを提供しており、攻撃の実行と攻撃結果の観察をインタラクティブに行える。
• シナリオは「ジェパドリーフォーマット」のCTFモードに設計されており、特定の脆弱性を悪用することで「フラグ」を取得するチャレンジを解決する仕組みである。
• アーキテクチャは中央集権的なオーケストレーションを回避しており、クラウドプラットフォーム間での容易な移行が可能で、デプロイおよび管理が簡素化される。
• すべてのシナリオは GitHub で https://github.com/aliasrobotics/rctf-list にホスティングされており、コミュニティが提出したチャレンジのためのプルリクエストによる貢献ワークフローが整備されている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、スケーラブルでブラウザからアクセス可能なプラットフォームを設計し、倫理的なハッカーが実世界のロボットシステムにおける脆弱性を探索・攻撃できるようにするか？
• RQ2 制御された隔離環境下で、ROS や ROS2 をベースにしたロボットシステムにおいて、最も一般的で攻撃可能なセキュリティ欠陥はどのようなものか？
• RQ3 ゲーム化されたCTF形式のチャレンジは、ロボット固有の攻撃表面を対象としたセキュリティ研究者をどれほど効果的に訓練・関与させることができるか？
• RQ4 ロボットセキュリティシナリオをオープンソース化することで、コミュニティ主導の改善と、ロボットセキュリティ研究分野における広範な採用をどのように促進できるか？
• RQ5 中央集権的なオーケストレーションを用いずに、コンテナ化された自己完結型の環境が、物理的ハードウェアを必要とせずに、実世界のロボットネットワーキングおよび攻撃表面を効果的に再現できるか？

主な発見

• RCTFは、24時間365日、ブラウザからアクセス可能な環境を提供し、ROS や ROS2 をベースにしたロボットシステムにおけるセキュリティ脆弱性の探索と攻撃を可能にした。
• 平文でのデータ送信（CWE-319）、ハードコードされた認証情報（CWE-788）、不適切なコマンドのノーマライゼーション（CWE-78）といった、一般的な脆弱性を標的とした9つの異なるセキュリティシナリオが開発された。
• プラットフォームは、シナリオのローカル再現と柔軟なネットワーク設定を可能にし、実際のロボットデプロイ環境をエミュレートできる。
• 中央集権的なオーケストレーションを用いないコンテナ化された隔離型デプロイメントの採用により、デプロイの簡素化と、クラウドおよびオンプレミスインfraストラクチャへのポータビリティの向上が達成された。
• GitHub を通じたすべてのシナリオのオープンソース化により、コミュニティの貢献と統合が可能となり、新しいチャレンジを提出する明確なワークフローが整った。
• ゲーム化されたアクセス可能なCTF環境が、ロボットセキュリティ研究における意識喚起と関与の促進に、実際に効果的に機能することが、本プラットフォームによって示された。