[论文解读] Beware of the App! On the Vulnerability Surface of Smart Devices through their Companion Apps

Davino Mauro, Luís Melo+3 more|arXiv (Cornell University)|Jan 29, 2019

Advanced Malware Detection Techniques参考文献 18被引用 9

一句话总结

本文提出将配套移动应用作为实用方法，通过静态和动态分析揭示物联网设备通信中的安全漏洞，特别是弱加密或硬编码加密机制。主要发现为：在38%的设备所对应的32款配套应用中，50%未使用适当的加密，导致可远程利用五款热门亚马逊物联网设备的漏洞。

ABSTRACT

Internet of Things (IoT) devices are becoming increasingly important. These devices are often resource-limited, hindering rigorous enforcement of security policies. Assessing the vulnerability of IoT devices is an important problem, but analyzing their firmware is difficult for a variety of reasons, including requiring the purchase of devices. This paper finds that analyzing companion apps to these devices for clues to security vulnerabilities can be an effective strategy. Compared to device hardware and firmware, these apps are easy to download and analyze. A key finding of this study is that the communication between an IoT device and its app is often not properly encrypted and authenticated and these issues enable the construction of exploits to remotely control the devices. To confirm the vulnerabilities found, we created exploits against five popular IoT devices from Amazon by using a combination of static and dynamic analyses. We also did a larger study, finding that analyzing 96 popular IoT devices only required analyzing 32 companion apps. Among the conservative findings, 50% of the apps corresponding to 38% of the devices did not use proper encryption techniques to secure device to companion app communication. Finally, we discuss defense strategies that developers can adapt to address the lessons from our work.

研究动机与目标

• 调查配套应用是否可作为识别资源受限物联网设备安全漏洞的可行入口。
• 评估物联网设备与其配套应用之间通信的安全性，重点关注加密、认证和协议设计。
• 基于配套应用分析中发现的缺陷，开发并验证概念性攻击 PoC（Proof-of-Concept）。
• 评估基于应用的漏洞发现方法在广泛流行的物联网设备上的可扩展性和有效性。
• 为开发人员提供可操作的防御策略，以增强配套应用与设备间通信的安全性。

提出的方法

• 对96款主流物联网设备（主要来自亚马逊）的32款配套应用进行了静态和动态分析。
• 通过逆向工程和网络监控提取加密参数，包括硬编码密钥和加密模式。
• 通过利用应用与设备之间未认证或弱加密的通信通道，开发了概念性攻击 PoC。
• 评估通信协议，包括基于云的通信以及本地网络（如蓝牙、Wi-Fi）交互中的安全缺陷。
• 在96台设备上开展大规模研究，评估配套应用中不安全实践的普遍性。
• 通过基于共享硬编码密钥的欺骗攻击，成功验证了对五台设备（包括一款TP-Link智能插座）的利用。

实验结果

研究问题

• RQ1 配套应用能否揭示通过固件分析难以发现的物联网设备关键漏洞？
• RQ2 配套应用在设备与应用通信中实施正确加密和认证的程度如何？
• RQ3 在主流物联网配套应用中，硬编码加密密钥和弱加密实践的普遍性如何？
• RQ4 对配套应用进行静态和动态分析，是否能导致对物联网设备的实际远程或本地攻击？
• RQ5 配套应用中最常见的不安全通信模式是什么，这些模式如何导致设备被攻破？

主要发现

• 在分析的32款配套应用中，对应96台设备中38%的设备未使用适当的加密来保护设备与应用之间的通信，占比50%。
• 19%的应用使用了硬编码加密密钥，使攻击者能够伪装设备或截获通信。
• 31%的应用完全未使用加密来保护设备与应用之间的通信，使其极易遭受监听和重放攻击。
• 40%至60%的应用使用本地通信或广播机制，形成攻击面，使弱加密或无加密可被利用。
• 通过利用硬编码密钥和未认证的设置流程，成功开发了针对五款热门物联网设备（包括一款TP-Link智能插座）的概念性攻击 PoC。
• 本研究证实，配套应用分析是一种可扩展且有效的手段，可在无需访问固件或逆向设备本身的情况下，识别设备级漏洞。