[논문 리뷰] A Study of the Feasibility of Co-located App Attacks against BLE and a Large-Scale Analysis of the Current Application-Layer Security Landscape

Pallavi Sivakumaran, J. Blasco|arXiv (Cornell University)|2018. 08. 11.

Bluetooth and Wireless Communication Technologies인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 공유된 위치에 있는 안드로이드 앱이 사용자 인지 없이 BLE 페어링 보호를 우회하여 BLE 퍼피어럴의 민감한 데이터에 액세스할 수 있음을 입증한다. 이는 최소한의 권한으로도 가능하다. 분석된 BLE 앱의 45퍼센트 이상이 애플리케이션 계층 암호화를 구현하지 못했으며, 의료 앱의 70퍼센트는 취약하다. 또한, 이러한 결함을 대규모로 탐지하기 위해 BLECryptracer를 제안한다.

ABSTRACT

Bluetooth Low Energy (BLE) is a fast-growing wireless technology with a large number of potential use cases, particularly in the IoT domain. Increasingly, these use cases require the storage of sensitive user data or critical device controls on the BLE device, as well as the access of this data by an augmentative mobile application. Uncontrolled access to such data could violate user privacy, cause a device to malfunction, or even endanger lives. The BLE standard provides security mechanisms such as pairing and bonding to protect sensitive data such that only authenticated devices can access it. In this paper we show how unauthorized co-located Android applications can access pairing-protected BLE data, without the user's knowledge. We discuss mitigation strategies in terms of the various stakeholders involved in this ecosystem, and argue that at present, the only possible option for securing BLE data is for BLE developers to implement remedial measures in the form of application-layer security between the BLE device and the Android application. We introduce BLECryptracer, a tool for identifying the presence of such application-layer security, and present the results of a large-scale static analysis over 18,900+ BLE-enabled Android applications. Our findings indicate that over 45% of these applications do not implement measures to protect BLE data, and that cryptography is sometimes applied incorrectly in those that do. This implies that a potentially large number of corresponding BLE peripheral devices are vulnerable to unauthorized data access.

연구 동기 및 목표

• 페어링 및 바인딩으로 보호된 BLE 기기에서 공유된 위치에 있는 안드로이드 앱이 비승인된 방식으로 데이터에 액세스할 수 있는지 여부를 조사한다.
• BLE 기반 안드로이드 애플리케이션에서 애플리케이션 계층 보안 메커니즘이 얼마나 널리 퍼져 있는지 평가한다.
• BLE 데이터를 보호한다고 주장하는 앱들에서 암호화 오용 및 구현 결함을 특정한다.
• 개발자, OS 제조사, 플랫폼 이해관계자들을 위한 대응 전략을 제안한다.
• 앱 다운로드 수를 기반으로 분석 결과를 바탕으로 실제 영향을 평가하여 취약한 BLE 기기의 수를 추정한다.

제안 방법

• BLE 데이터 플로우에서 애플리케이션 계층 보안의 존재 여부를 탐지하기 위한 정적 분석 도구인 BLECryptracer를 개발했다.
• 공개 앱 레포지토리에서 추출한 18,929개의 BLE 기반 안드로이드 APK 파일에 대해 대규모 정적 분석을 수행했다.
• Amandroid를 사용한 타인트 분석을 통해 BLE GATT 특성에서 민감한 데이터를 암호화 함수로 추적했다.
• 분류(예: 의료, 피트니스)를 통해 도메인 별 취약성 분포를 평가하기 위해 앱을 카테고리로 분류했다.
• 하드코딩된 키나 약한 암호 모드와 같은 불안전한 실천 방식을 탐지하기 위해 암호 패턴을 분석했다.
• 정확성 확보를 위해 벤치마킹 및 기존 도구와의 비교를 통해 발견 결과를 검증했다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 기타 권한 있는 앱이 이미 주변기기와 페어링한 상태에서, 비승인된 안드로이드 앱이 페어링 보호를 받는 BLE 데이터에 액세스할 수 있는가?
• RQ2 BLE 기반 안드로이드 애플리케이션 중에서 BLE 데이터에 대해 암호화 기반 애플리케이션 계층 보안을 구현한 비율은 얼마인가?
• RQ3 BLE 데이터를 보호한다고 주장하는 앱들 중에서 하드코딩된 키나 불안정한 암호 모드와 같은 암호화 오용이 얼마나 퍼져 있는가?
• RQ4 안드로이드의 권한 모델(v6 이상)이 이러한 공격의 은밀성과 실행 가능성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ5 앱 다운로드 통계와 분석 결과를 기반으로 추정되는 취약한 BLE 기기의 수는 얼마인가?

주요 결과

• 분석된 18,929개의 BLE 기반 안드로이드 애플리케이션 중 45퍼센트 이상이 BLE 데이터에 대해 어떤 암호화 기반 애플리케이션 계층 보안도 적용하지 않았다.
• 의료 애플리케이션 중에서는 애플리케이션 계층 보안이 없는 비율이 약 70퍼센트로 증가하여 건강 관련 IoT 기기에서 심각한 위험을 노출한다.
• 암호화를 적용한 앱들 중 15퍼센트는 하드코딩된 키나 ECB와 같은 불안정한 암호 모드 사용과 같은 오용 패턴을 보였다.
• 비승인 앱은 승인된 앱보다 더 적은 권한으로 보호된 BLE 데이터에 액세스할 수 있어, 이러한 공격이 더 은밀하고 속임수성이 된다.
• 분석 결과에 따르면, 응용 계층 보안이 누락되거나 손상된 탓에 수십만 대의 BLE 기기가 비승인된 데이터 액세스에 취약할 수 있는 하한선이 수천만 대에 이른다.
• 현재 BLE 보안 메커니즘이 공유 위치 취약성으로 인해 안드로이드에서 부족하다는 것이 확인되었으며, 응용 계층 보안이 현재 유일한 실현 가능한 방어 수단이다.