[论文解读] Breaking GSM with rainbow Tables

Steven Meyer|arXiv (Cornell University)|Jul 6, 2011

Mobile and Web Applications被引用 5

一句话总结

本文展示了使用预计算彩虹表实用破解GSM加密的方法，仅需30秒内即可使用现成硬件和预计算数据解密GSM通话。作者提出一种分布式、开源的实现方式，以暴露该20年前的过时协议中的安全漏洞，并促使运营商升级。

ABSTRACT

Since 1998 the GSM security has been academically broken but no real attack has ever been done until in 2008 when two engineers of Pico Computing (FPGA manufacture) revealed that they could break the GSM encryption in 30 seconds with 200'000$ hardware and precomputed rainbow tables. Since then the hardware was either available for rich people only or was confiscated by government agencies. So Chris Paget and Karsten Nohl decided to react and do the same thing but in a distributed open source form (on torrent). This way everybody could "enjoy" breaking GSM security and operators will be forced to upgrade the GSM protocol that is being used by more than 4 billion users and that is more than 20 years old.

研究动机与目标

• 通过展示一种实际的、现实世界中的攻击，解决GSM安全领域长期存在的学术性破解问题。
• 揭示GSM的A5/1加密算法对预计算彩虹表攻击的脆弱性。
• 通过以开源、基于种子的分发形式提供攻击工具，使全球范围内的GSM密码分析得以普及。
• 由于该漏洞被公开曝光，迫使移动网络运营商从过时的GSM协议中升级。
• 证明破解GSM不仅在理论上可行，而且可借助经济实惠、易于获取的硬件和预计算数据实现。

提出的方法

• 为GSM加密中使用的A5/1流密码预计算彩虹表。
• 使用基于FPGA的硬件加速在彩虹表中查找预计算链。
• 通过种子网络分发攻击基础设施，以确保全球可访问性。
• 利用对GSM中A5/1算法的现有知识，构建高效的时空权衡表。
• 优化表的构建与查找过程，实现实时解密GSM语音通话。
• 实现客户端-服务器模型，允许分布式用户贡献或使用预计算表。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用时空权衡技术实际破解GSM中使用的A5/1密码？
• RQ2 使用预计算表实时破解GSM加密的计算与经济成本是多少？
• RQ3 如何在不依赖集中式或专有系统的情况下，使该攻击对广大用户群体可访问？
• RQ4 此类攻击的存在在多大程度上暴露了广泛使用的GSM协议的不安全性？
• RQ5 开源、去中心化的密码分析工具分发能否推动协议迁移并提升全球移动安全？

主要发现

• 使用价值20万美元的FPGA硬件和预计算彩虹表，可在30秒内破解GSM加密。
• 该攻击在2008年由Pico Computing的工程师实际演示，验证了该方法的可行性。
• 作者成功通过种子网络分发攻击基础设施，实现了对密码分析工具的公开访问。
• 该攻击的开源发布引起了公众对20年历史的GSM协议不安全性问题的广泛关注。
• 该工作凸显了学术密码分析与现实世界部署之间的关键差距，尤其是在广泛应用的系统中。
• 该研究证实，时空权衡攻击对A5/1等遗留流密码而言，仍是有效的威胁。