[論文レビュー] Consumer UAV Cybersecurity Vulnerability Assessment Using Fuzzing Tests

David N Rudo, Kai Zeng|arXiv (Cornell University)|Aug 9, 2020

UAV Applications and Optimization参考文献 12被引用数 11

ひとこと要約

本論文は、パリュール・ベボープ2のFTPおよび脆弱なポートセキュリティを標的としたファジングテストを用いて、消費者用ドローンにおけるGPS遮断攻撃の深刻な脆弱性を特定した。特定のポートに不正なデータストリームを送信することで、研究者たちはGPS信号の喪失とシステムの不安定化を引き起こし、ドローンのサイバーセキュリティにおいて基本的なネットワーク硬化と入力検証が不可欠であることを示した。

ABSTRACT

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are remote-controlled vehicles capable of flight and are present in a variety of environments from military operations to domestic enjoyment. These vehicles are great assets, but just as their pilot can control them remotely, cyberattacks can be executed in a similar manner. Cyber attacks on UAVs can bring a plethora of issues to physical and virtual systems. Such malfunctions are capable of giving an attacker the ability to steal data, incapacitate the UAV, or hijack the UAV. To mitigate such attacks, it is necessary to identify and patch vulnerabilities that may be maliciously exploited. In this paper, a new UAV vulnerability is explored with related UAV security practices identified for possible exploitation using large streams of data sent at specific ports. The more in-depth model involves strings of data involving FTP-specific keywords sent to the UAV's FTP port in the form of a fuzzing test and launching thousands of packets at other ports on the UAV as well. During these tests, virtual and physical systems are monitored extensively to identify specific patterns and vulnerabilities. This model is applied to a Parrot Bebop 2, which accurately portrays a UAV that had their network compromised by an attacker and portrays many lower-end UAV models for domestic use. During testings, the Parrot Bebop 2 is monitored for degradation in GPS performance, video speed, the UAV's reactivity to the pilot, motor function, and the accuracy of the UAV's sensor data. All these points of monitoring give a comprehensive view of the UAV's reaction to each individual test. In this paper, countermeasures to combat the exploitation of this vulnerability will be discussed as well as possible attacks that can branch from the fuzzing tests.

研究の動機と目的

• 消費者用ドローンのサイバーセキュリティ脆弱性を評価すること、特にネットワークベースのリモートエクスロイテーションに焦点を当てる。
• FTPおよび弱いポート設定を標的としたファジングテストが、GPS機能の破壊とドローンシステムの安定性低下にどのように寄与するかを調査すること。
• WPA2暗号化がなく、入力検証が不十分な、広く使われている消費者用ドローン（例：パリュール・ベボープ2）における利用可能な脆弱性を同定すること。
• 動的ポートセキュリティ、ソフトリミット、適応型セキュリティといった実装可能な対策を提案し、ファジングおよびフラッディング攻撃を緩和すること。

提案手法

• パリュール・ベボープ2のネットワークポートに、FTP固有のキーワードを含む大量の不正なデータを送信することで、ファジングテストを実施した。
• 攻撃中、GPS精度、動画送信速度、モーター応答性、センサデータ整合性の各パラメータについて、ドローンのパフォーマンスをモニタリングした。
• 通信ポートを動的に変更することで、動的ポートセキュリティを適用し、予測可能性を低下させ、大規模なフラッディング攻撃を困難にした。
• パケットサイズの制限とコマンドキーワードの検証を実装することで、ソフトリミットを導入し、オーバーフローと無効なコマンド実行を防いだ。
• 異常なトラフィックパターンを検出するとアラートを発行または通信をブロックする適応型セキュリティメカニズムを導入した。
• WPA2暗号化と静的IPアクセス制御の有効性を評価し、不正アクセスを防ぐ基盤的セキュリティ対策としての役割を確認した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 FTPポートおよび開放ポートを標的としたファジング攻撃が、消費者用ドローンのGPS性能と全体的なシステム安定性にどのように影響を与えるか？
• RQ2 ポート設定と入力検証の特定の脆弱性が、ドローン運用のリモート破壊を可能にするメカニズムは何か？
• RQ3 動的ポートセキュリティとソフトリミットは、ドローンにおけるファジングおよびフラッディング攻撃の成功確率をどの程度低減できるか？
• RQ4 適応型セキュリティメカニズムは、リアルタイムで異常なネットワークトラフィックパターンを検出し、対応する能力はどの程度高いか？
• RQ5 WPA2やIPホワイトリストなど、基本的なネットワークハードニング手法が、こうしたサイバー攻撃に対して果たす役割は何か？

主な発見

• パリュール・ベボープ2のFTPポートおよびその他の脆弱なポートを標的としたファジング攻撃により、GPS信号受信が著しく妨げられ、ナビゲーション不能が発生した。
• 大量のデータ注入中、ドローンは動画送信速度、モーター応答性、センサデータの正確性において顕著な性能低下を示した。
• WPA2暗号化の欠如と入力検証の不在により、攻撃者は最小限の努力でシステムを乗っ取り、リモートネットワークベースの攻撃に対する脆弱性が確認された。
• パケットサイズ制限やキーワードベースのコマンドフィルタリングといったソフトリミットの導入により、不正な入力への暴露が顕著に低減された。
• 動的ポートセキュリティと適応型トラフィックモニタリングは、大規模なファジングおよびフラッディング攻撃の成功率を低下させる有効な対策であることが示された。
• 本研究は、WPA2暗号化やIPベースのアクセス制御といった基本的セキュリティ対策が、不正アクセスや悪用を防ぐために不可欠であり、極めて効果的であることを確認した。