[논문 리뷰] RollBack: A New Time-Agnostic Replay Attack Against the Automotive Remote Keyless Entry Systems

Levente Csikor, Hoon Wei Lim외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 09. 14.

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)참고 문헌 16인용 수 4

한 줄 요약

RollBack은 차량 원격 열쇠 시스템(RKE)에서 롤링 코드 보안을 우회하는 시간에 구애받지 않는 새로운 재생 공격 기법으로, 이전에 캡처한 신호를 재생하여 지속적인 잼핑 없이 반복적으로 무단 접근을 가능하게 한다. RollJam과 달리 단 한 번의 신호 캡처만으로도 작동하며, 무제한 기간 동안 유효하며, 테스트한 차량의 약 70퍼센트—특히 아시아 제조사 차량들—이 취약한 것으로 밝혀졌다.

ABSTRACT

Today's RKE systems implement disposable rolling codes, making every key fob button press unique, effectively preventing simple replay attacks. However, a prior attack called RollJam was proven to break all rolling code-based systems in general. By a careful sequence of signal jamming, capturing, and replaying, an attacker can become aware of the subsequent valid unlock signal that has not been used yet. RollJam, however, requires continuous deployment indefinitely until it is exploited. Otherwise, the captured signals become invalid if the key fob is used again without RollJam in place. We introduce RollBack, a new replay-and-resynchronize attack against most of today's RKE systems. In particular, we show that even though the one-time code becomes invalid in rolling code systems, replaying a few previously captured signals consecutively can trigger a rollback-like mechanism in the RKE system. Put differently, the rolling codes become resynchronized back to a previous code used in the past from where all subsequent yet already used signals work again. Moreover, the victim can still use the key fob without noticing any difference before and after the attack. Unlike RollJam, RollBack does not necessitate jamming at all. Furthermore, it requires signal capturing only once and can be exploited at any time in the future as many times as desired. This time-agnostic property is particularly attractive to attackers, especially in car-sharing/renting scenarios where accessing the key fob is straightforward. However, while RollJam defeats virtually any rolling code-based system, vehicles might have additional anti-theft measures against malfunctioning key fobs, hence against RollBack. Our ongoing analysis (covering Asian vehicle manufacturers for the time being) against different vehicle makes and models has revealed that ~70% of them are vulnerable to RollBack.

연구 동기 및 목표

• 초기 신호 캡처 후에도 재생 공격이 가능한, 롤링 코드 기반 RKE 시스템에서 이전에 알려지지 않은 재동기화 취약점을 식별하고 악용하는 것.
• 몇 차례 이전에 캡처한 신호를 재생하면 차량의 RKE 수신기에서 재동기화 메커니즘이 작동하여 이전 코드 상태로 복원됨을 보여주는 것.
• 공격이 시간에 구애받지 않으며, 지속적인 잼핑이 필요 없어 차량 공유 및 렌터카 환경에서 매우 실용적임을 입증하는 것.
• 특히 아시아 제조사 차량들을 중심으로 광범위한 차량 모델 분석을 통해 실제 영향을 평가하는 것.
• 차량 소유자와 제조사가 활용할 수 있는 실질적인 대응 조치 및 커뮤니티 기반 취약성 데이터베이스 제공

제안 방법

• 거리가 떨어져 있더라도 이전 상호작용 중에 키 펜드로부터 단일 RKE 신호(예: 열기 또는 잠그기 명령)를 캡처하는 것.
• 캡처한 신호를 순차적으로 여러 번 재생하여 차량 RKE 수신기의 재동기화 메커니즘을 유도하는 것.
• 미래 코드 수신을 允허하는 안전 기능을 악용하여, 이미 무효화된 이전에 사용된 코드를 재사용하도록 조작하는 것.
• 공격이 신호의 기능(열기/잠그기)에 관계없이 작동하므로 지시어에 구애받지 않는다는 것을 입증하는 것.
• 실제 환경 조건에서 제어된 신호 재생을 통해 다양한 차량 브랜드 및 모델에서 공격의 유효성을 검증하는 것. 특히 아시아 제조사 중심으로 집중.
• 시계 동기화와 디지털 서명이 필요한 타임스탬프 기반 암호화 솔루션을 대응 조치로 제안하는 것.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지속적인 잼핑이나 실시간 신호 캡처 없이 롤링 코드 기반 RKE 시스템에 대해 재생 공격를 수행할 수 있는가?
• RQ2 이전에 캡처한 신호를 재생하면 RKE 시스템에서 재동기화 메커니즘이 작동하여 무효화된 코드를 다시 사용할 수 있는가?
• RQ3 이 취약성은 차량 브랜드 및 모델 간에 어느 정도 광범위하게 존재하는가? 특히 차량 공유 및 렌터카 환경에서의 영향은?
• RQ4 공격를 시간에 구애받지 않게 만들 수 있는가? 그러면 초도 신호 캡처 이후 오랜 기간 동안 반복적으로 악용이 가능한가?
• RQ5 실제 구현 환경에서 이러한 재생 및 재동기화 공격를 방지할 수 있는 실질적인 대응 조치는 무엇인가?

주요 결과

• RollBack은 단 한 번의 캡처된 신호를 반복 재생하여 잼핑 없이도 반복적인 무단 접근을 가능하게 하며, 실시간 접근이 필요하지 않다.
• 공격는 RKE 시스템의 재동기화 메커니즘을 악용하여, 순차적으로 재생된 이전에 사용된 코드를 수락함으로써 시스템을 이전 상태로 되돌리는 방식이다.
• 이 취약성은 테스트한 차량의 약 70퍼센트에 영향을 미치며, 주로 아시아 제조사 차량들에 국한되지 않고 전 세계적으로 영향을 미칠 것으로 예상된다.
• 공격는 지시어에 구애받지 않아, 어떤 캡처된 신호(열기 또는 잠그기)라도 재동기화 효과를 유도할 수 있어 실용성이 높다.
• RollJam과 달리 지속적인 배포가 필요 없으며, 캡처된 신호는 무제한 기간 동안 유효하므로 렌터카나 공유 이용 환경에서 장기적 악용에 이상적이다.
• 타임스탬프 기반 암호화 솔루션을 대응 조치로 제안했지만, 시계 동기화가 필요하며 아직 널리 도입되지 않은 상태이다.