Informatica: Cyber Security Chipkaarten (Smartcards)

Presentatie over: "Informatica: Cyber Security Chipkaarten (Smartcards)"— Transcript van de presentatie:

1 Informatica: Cyber Security Chipkaarten (Smartcards)
Erik Poll Digital Security groep

2 Overzicht Wat is cyber security? Chipkaarten, RFID, en NFC
Hoe kraak je een chipkaart? Case study: het electronische paspoort Hoe kraak je een chipkaart? (vervolg)

3 Wat is Cyber Security?

4 Beveiligen van computers

5 Beveiligen van en met computers
die dan zelf natuurlijk ook weer beveiligd moeten zijn

6 Beveiligen van online diensten

7 Slammer Worm (zaterdag 25 januari 2003, 5:29)

8 Slammer Worm (zaterdag 25 januari 2003, 6:00)

9 Beveiligen van kritieke infrastructuur

10

11 North-east blackout

12 Het belang van cyber security:
Leuke filmpjes over de impact

13 Dat was nep, dit is echt! of zoek op youtube startonderbreker

14 Cyber security: breder dan enkel de techniek
Cyber security (en informatica) gaat niet alleen over de techniek van computers & software, maar ook over het gebruik ervan! Bijvoorbeeld begrijpen van de gebruiker en social engineering inschatten van risico’s en besluiten over tegenmaatregelen organisatie van digitale beveiliging vervolging & opsporing juridische aspecten maatschappelijke impact, bijv mbt privacy

15 Voorbeeld van juridische vragen
Nieuwe technologie vereist ook nieuwe wetgeving is versturen van spam illegaal? is inbreken op computer inbraak? is kopiëren van een DVD diefstal ? is een film up- of downloaden strafbaar? moeten ISPs de Pirate Bay blokkeren?

16

17 Chipkaarten

18 Verschillen? Overeenkomsten?

19 Chipkaarten vs andere computers
Er is geen fundamenteel verschil tussen chipkaart kan data opslaan en berekeningen uitvoeren een USB stick kan alleen maar opslaan NB er zijn meer chipkaarten in de wereld dan laptops! Chipkaart heeft beperkingen geen toetsenbord en geen display Maar chipkaart is beter beveiligd Je kunt de harde schijf er niet uithalen! Je kunt er geen software bijzetten in principe wel, maar dit staat meestal “dicht” De software is erg simpel, en dus hopelijk vrij van security bugs

20 Chipkaarten: standaard specs
een hele simpele processor single-core 36 MHz ipv multi-core 2GHz processor met in de orde van 1-4 Kbyte RAM EEPROM geheugen ipv harde schijf vergelijkbaar met flash of SSD geheugen in USB stick of geheugenkaart enkele tientallen Kbytes ipv Gbytes geheugen Welke informatie denk je dat er op je bankpas staat? PIN code, saldo van chipknip, en geheime cryptografische sleutels

21 Contacten van een chipkaart
Externe stroom toevoer (VCC) en klokpuls Originally 5 V, now also 3V or 1.8V Vpp – hoger voltage for het schrijven van EEPROM wordt niet meer gebruikt omdat dit een beveiligingszwakheid is

22 Basisprincipe: authenticatie mbv chipkaart
geheugen geheime sleutelK processor challenge c response versleutelK(c) De chipkaart kan bewijzen dat hij de sleutel weet, zonder de sleutel te verraden: de geheime sleutel verlaat nooit de kaart NB het verschil met wachtwoorden om te bewijzen wie je bent

23 Toepassingen van dit basisprincipe
Authenticatie van je SIM kaart door telefoon netwerk Authenticatie van je bankpas door geldautomaat Je ziet dit principe ook in actie bij internetbankieren bij Rabobank en ABN-AMRO

24 Hoe “kraak” je een chipkaart?
versleutelKEY{n}

25 Hoe “kraak” je een chipkaart?
Hoe kraak je een chipkaart die een challenge-response mechanisme gebruikt? Probeer alle mogelijk sleutels (zgn brute force attack) meestal kost dat (te) veel tijd Probeer zwakheden te ontdekken in het versleutelingsalgoritme bij slechte algoritmes lukt dat soms...

26 afgelopen zaterdag

27 RFID Radio Frequency IDentification

28 RFID Draadloze chipkaarten heten ook wel RFID tags
en bevatten een minicomputertje met draadloos netwerk RFID is een verzamelijknaaam voor allerlei soorten tags, in verschillende vormen

29 Contactloze chipkaart van binnen
antenne

30 Andere soorten RFID tags
met verschillende versleutelingsalgoritmes (of geen !) werken op verschillende frequenties & afstanden

31 RFID binnenkort: contactloos betalen

32 RFID toepassing: dieren identificatie
Veel van deze RFID tags doen niet aan versleuteling, maar communiceren gewoon uniek ID nummer

33 identificatie (zonder challenge-response)
uniek serie nummer (en evt. nog wat data) zo werkten RFID in honden en de wegwerp-ov chipkaart gevanceerderde kaarten die wel een challenge-response doen sturen vaak ook eerst nog een uniek serienummer

34 Hoe “kraak” je een RFID systeem?
Toegangscontrole op basis van een uniek serie nummer is eenvoudig te breken, met een replay attack : gewoon nazeggen wat een echte kaart zegt communicatie wegwerp ov-kaart

35 Wat theoretische concepten

36 Identificatie vs Authenticatie
Identificatie: wie ben je? Een “naam”: je naam, SOFI nummer, adres, ... Authenticatie: ben je echt wel wie je zegt dat je bent? Bijv. met ID-kaart, mbv pasfoto en/of handtekening Volgende probleem: hoe weet je dat dat deze ID-kaart echt is?

37 Autorisatie Autorisatie: Wat mag je?
Soms gaat dit zonder identificatie Soms gaan dit met identificatie

38 NFC

39 NFC: RFID op je telefoon
Near Field Communication: Technology voor draadloze communicatie in smartphones te vergelijken met Bluetooth, maar werkt alleen op veel kortere afstand (1 – 2 cm) NFC is compatibel met één vd vormen van RFID namelijk ISO 14443, oftwel `proximity cards’ zoals: ov-chipkaart, e-paspoort, en contactloze bankpas

40

41 Een NFC telefoon kan kaart óf lezer spelen

42 Het electronische paspoort

43 e-paspoort e-paspoort logo Electronisch paspoort
oftewel biometrisch paspoort bevat RFID chip oftewel contactloze smartcard e-paspoort logo

44 e-identiteitskaart Dezelfde chip zit ook in identiteitskaarten (sinds 2006)

45 Zelf paspoorten uitlezen
Je kunt je eigen paspoort of id-kaart uitlezen met een NFC telefoon met de NFC passport reader een laptop of PC met een RFID reader en de JMRTD software Elke MHz reader zou moeten werken Zie voor voorbeelden

46 Wat zit er op de paspoort chip?
• programma (software) in Nederlandse paspoorten: een Java programma • data (bestanden) paspoort foto als JPEG miv 2009 ook vingerafdruk in toekomst misschien ook iris scan

47 Beveiling: risico’s & eisen
Wat zijn de beveiligingsrisico’s van een e-paspoort? Welke aanvallen kun je bedenken? Wat zijn de beveiligingsdoelen van een e-paspoort? Wat zijn de garanties die je wil dat een paspoort biedt? Welke beveiligingsmechanismen zaten er vroeger al in het paspoort, voordat er een chip in zat?

48 Bedreigingen versus beveiligingeisen
afluisteren stiekem uitlezen nep paspoorten paspoorten stuk maken (Denial of Service) Eisen garanderen vertrouwelijkheid garanderen van toegangscontrole garanties van de authenticiteit (echtheid, oftewel integriteit) resilience

49 Voor- en nadelen van contactloze ipv contact-chipkaart
voordelen handig in gebruik geen slijtage van de contacten nadelen communicatie is af te luisteren je kunt stiekem tegen een paspoort praten, zonder dat de eigenaar het weet bijv. als het in je broekzak zit

50 passieve vs aktieve aanvallen
passieve aanval afluisteren van de communicatie tussen paspoort en lezer (bijv op Schiphol) mogelijk op meter aktieve aanval oftewel virtueel zakkenrollen stiekem met het paspoort communiceren mogelijk op +/- 25 cm het activeren van de chip vereist een sterk magnetisch veld

51 beschermen tegen afluisteren
Hoe bescherm je een e-paspoort tegen afluisteren? (bijv. bij paspoortcontrole op Schiphol) tegen stiekem uitlezen? (bijv. in een volle trein)

52 beschermen tegen afluisteren
Hoe bescherm je een e-paspoort tegen afluisteren? (bijv. bij paspoortcontrole op Schiphol) Versleutelen van de communicatie tegen stiekem uitlezen? (bijv. in een volle trein) Wachtwoord op de chip Maar... hoe spreek je de sleutels & wachtwoord af?

53 Basic Access Control (BAC)
bescherming tegen stiekem uitlezen en afluisteren er is een wachtwoord nodig om met de paspoort-chip te praten dit wachtwoord wordt ook gebruikt om de communicatie te versleutelen dit wachtwoord staat in het paspoort geschreven namelijk in in de MRZ (Machine Readable Zone) het wachtwoord bestaat uit paspoortnummer, geboortedatum en verloopdatum

54 Basic Access Control (BAC)
bescherming tegen stiekem uitlezen en tegen afluisteren Machine Readable Zone 1. lees MRZ 2. verstuur MRZ 3. gegevens van chip versleuteld

55 Alternatief: Kooi van Faraday
Amerikaanse paspoorten hebben aluminiumfolie in de omslag, zodat er niet met de chip te praten is als het paspoort dicht is. Dit beschermt tegen aktieve aanvallen, maar niet tegen passieve aanvallen (dwz afluisteren) waarom niet?

56 Bescherming tegen valse paspoorten?
Hoe weet je of een paspoort echt is? Zonder naar de fysieke kenmerken (watermerk etc) te kijken?

57 Digitale handtekening dmv versleuteling
Stel Alice en Bob delen een geheime sleutel S Alice stuurt een bericht naar Bob, versleuteld met S Weet Bob dan zeker of het bericht van Alice komt? Bob weet dat het bericht van Alice komt, of van zichzelf Zouden we de digitale paspoorten op deze manier kunnen tekenen? Wie moeten er dan allemaal de geheime sleutel S weten, voor e- paspoorten?

58 Digitale handtekening met asymmetrische versleuteling
By asymmetrische versleutelingen heb je verschillende sleutels voor versleutelen en ontsleutelen Analogie: versleutelen doe je met een slot ontsleutelen doe je met de bijbehorende sleutel Het slot hou je privé, maar de sleutel is openbaar

59 Digitale handtekening met asymmetrische versleuteling
Paspoort van Alice stuurt bericht naar Bob, versleuteld met privé-slot slot S van Beatrix Bob maakt dit bericht open, met openbare sleutel van Beatrix Is echtheid gegarandeerd? Ja, want alleen Beatrix had dit bericht zo kunnen versleutelen Wie moet welke sleutels hebben? De douane van Belgie moet de openbare sleutels van Nederland hebben, en omgekeerd Hoe worden deze sleutels uitgewisselend? Met diplomatieke post!

60 digitale handtekening
Alle informatie op het paspoort, incl. de pasfoto, is digitaal getekend met asymmetrische versleuteling Eén pixel veranderen in de foto maakt de handtekening incorrect Kan je nog een nep-paspoort maken? Ja, want je kunt een paspoort nog klonen!

61 Hoe detecteer je klonen?
Geef elk paspoort een uniek privé-slot en bbh. publieke sleutel. De publieke sleutel is getekend door de NL overheid en is openbaar; het privé-slot verlaat nooit de paspoortchip Het challenge-response protocol om te kijken of-ie echt is: Terminal vraagt de getekende publieke sleutel Terminal stuurt een willekeurig getal n naar paspoort (Echt) paspoort antwoordt met n versleuteld met privé-slot Terminal checkt dit antwoord mbv publieke sleutel, en weet dan of paspoort het privé-slot bij de publieke sleutel heeft, en dus dat het echt is!

62 Certificaten De getekende publieke sloten worden certificaten genoemd
Wij, Beatrix, verklaren dat het paspoort met publiek sleutel xyz echt is

63 Beveiligde verbindingen op internet
Het beveiligen van internet verbindingen met https werkt hetzelfde! SSL-certificaten garanderen dat een website is wie die zegt dat-ie is Je webbrowser geeft dit aan met slotje Wij, Diginotar, verklaren dat de website met publiek sleutele xyz1234 echt van rabobank.nl is

64 We hebben nu bescherming tegen afluisteren bescherming tegen stiekem uitlezen garantie van de echtheid

65 Extended Access Control
Extra beveilingsmaatregel om toegang tot vingerafdruk te beschermen Het idee: niet iedereen mag de vingerafdruk uitlezen zelfs niet als je het paspoort in handen hebt, en dus BAC kunt doen Hoe doe je dit ? identificatieplicht voor paspoort-uitleesapparatuur

66 Extended Access Control (EAC)
bescherming tegen onbevoegd uitlezen van vingerafdruk deze terminal mag een vingerafdruk lezen certificaat (oorkonde) 2. uw vingerafdruk, svp. 3. bewijs dat je dit mag 4. "bewijs" 5. vingerafdruk

67 Mogelijke & echte problemen

68 Oeps De uitgever van certificaten moet je vertrouwen! DigiNotar, die certificaten voor oa overheidwebsites uitgaf, bleek in 2011 gehackt Gelukkig leverde DigiNotar niet de certificaten voor paspoorten!

69 Mogelijk beveiligingsprobleem: kleine sleutelruimte
Passpoortnummer is 10 karakters, en geboortedatum en verloopdatum zijn 8 cijfers Aantal mogelijkheden? maar niet alle data zijn mogelijk en paspoortnummers worden misschien in volgorde uitgegeven... Als paspoortnummers in volgorde worden uitgegeven dan is er een sterk verband tussen paspoortnummer en verloopdatum. Het wordt dan mogelijk om na afluisteren van communicatie (bijv bij paspoort controle op Schiphol) alle combinaties uit te proberen met een snelle computer om de data te ontsleutelen, met een brute force attack

70 Mogelijk beveiligingsprobleem: foutmeldingen
Bij fouten in de communicatie stuurt de paspoort-chip een foutmelding (error code) Verschillende paspoort-implementaties versturen soms verschillende foutmelding Hierdoor zijn mogelijk paspoorten uit verschillende landen te onderscheiden

71 Antwoord van kaart op B0 instructie
B0 betekent "read binary" (lees file), en mag alleen ná BAC antwoord betekenis Belgisch 6986 not allowed Nederlands 6982 security status not satisfied Frans 6F00 no precise diagnosis Italiaans 6D00 not supported Duits 6700 wrong length

72 Beveiligingsprobleem: foutmeldingen
Onderzoek voor bachelorscriptie door Henning Richter Er waren ook vragen over in de Tweede Kamer

73 Kun je hier wel misbruik van maken?
Mogelijk misbruik? Paspoort-bom die afgaat bij bepaalde nationaliteit? Uitzoeken van slachtoffers door paspoortdieven? Gelukkig kan dit alleen op een afstand van ≈ 25cm max. dus risico verwaarloosbaar ?

74 Paspoort bom

75 Beveiligingsprobleem: unieke nummers
Bij opstarten verstuurt de paspoort-chip een willekeurig nummer, als onderdeel van een zogenaamd anti-collision protocol Dit gebeurt vóór Basic Access Control Bij Italiaanse paspoort-chips was dat steeds hetzelfde nummer, zodat je aan dit nummer een uniek paspoort kunt herkennen

76 Fundamentele zwakheid: Relay attack!
Nijmegen Schiphol Internet

77 Er is meer dan alleen technologie....

78 Waarom die chips & vingerafdrukken?
Amerikanen willen het nalv aanslag op 9/11 maar zou dit echt iets uitmaken... ?? Voorkomen van look-alike fraud dwz reizen op (gestolen of gekocht) paspoort van iemand die een beetje op je lijkt populair in criminele cirkels

79 Function creep? Function creep = als een systeem er eenmaal is, wordt het gebruik ervan (de “function”) vaak langzaam & soms ongemerkt opgerekt. Centrale database met vingerafdrukken en pasfoto’s van alle Nederlanders? Willen we dat je straks een pasfoto kunt googelen om het bijbehorende faceboek profiel te vinden?

80 Wat kan er nog meer met die chip?
Automatische grens controle op basis van gezichtsherkenning, niet de vingerafdruk

81 Zwakste schakel: uitgifte proces?
Iemand lukte het een paspoort te krijgen met een foto van zichzelf verkleed als de Joker van Batman

82 Hoe kraak je een chipkaart ? (vervolg) Dieper de hardware in

83 Zij-channel analyse zij-kanaal (side channel)
pizza leveringen aan het Pentagon

84 Zij-kanaal analyse dinsdag avond maandag avond
Op welke ochtend zal een invasie plaatsvinden?

85 Zij-kanaal analyse is al eeuwenoud
Klassiek voorbeeld: kluis openen met stethoscoop Net als pizza-bezorgingen bij het Pentagon, kan het geluid van het slot in de kluis informatie lekken

86 Energieverbruik van een smartcard
Wat doet deze kaart?

87 Energieverbruik van een smartcard
Hint: 16 rondes Wat doet deze kaart?

88 Energieverbruik van een smartcard
16 rondes, dus waarschijnlijk een DES encryptie Wat is de sleutel? Analyse van het profiel van elke stap zou dit kunnen verraden

89 Hoe kraak je een chipkaart? (vervolg)

90 Energiegebruik van een RSA encryptie
Source: Riscure BV

91 Hoe werkt RSA versleuteling?
Voor RSA decryptie moeten we xe modulo p berekenen. Naieve algoritme: x * x * x * ... * x berekenen in e stappen Snelle algorimte met herhaald kwadateren in log(e) stappen Idee hierachter: bereken x25 = x16 * x8 * x1 van achter naar voren Pseudocode: r = 1; xi = x ; for i = 1 to aantal bits in e do { if (i-de bit van e is 1) then r = xi * r mod p xi = xi * xi; // xi is nu x tot de macht 2i } Merk op: elke iteratie bestaat uit een kwadratering of uit een vermenigvuldiging en een kwadatering

92 De sleutel van de trace aflezen?
Wat zijn de vermenigvuldigingen en wat de kwadrateringen?

93 De sleutel van de trace aflezen?
kwadratering vermenigvuldiging

94 De sleutel van de trace aflezen!

95 Hoe kraak je een chipkaart? fysieke aanval!

96 Fysieke aanval: probing
Met naalden op de bus het dataverkeer afluisteren of beinvloeden bijv om sleutel te achterhalen probing with 8 needles (why 8?) [Source: Brightsight]

97 Fysieke aanval: fibbing
FIB = Focussed Ion Beam kan chip observeren of wijzigen gaten boren connecties wegbranden nieuw connecties solderen gat in chip oppervlakte doorgeslagen stop

98 Fysieke aanval: fysiek uitlezen van geheugen
Staining kan de inhoud van ROM geheugen verraden: donkere vakjes zijn 1 lichte vakjes zijn 0 [Source: Brightsight]

99 Conclusies

100 Terugblik: chipkaarten
Chipkaarten zijn de standaardoplossing for sterke authententicatie, dwz. authenticatie die veiliger is dan wachtwoorden Een probleem dat gebruik van cryptografie meebrengt: waar sla je veilig je cryptografische sleutels op? Hiervoor zijn chipkaarten de standaardoplossing De beveiliging van een chipkaart is op verschillende manieren te ondermijnen - zowel logisch als fysiek Naast de besproken aanvallen is er natuurlijk óók nog de mogelijkheid van een “gewone” software bug

101 Terugblik: het electronische paspoort
Het electronisch paspoort is een voorbeeld van de impact van informatica en cyber security in de maatschappij Bijv straks ook: je e-ID kaart online gebruiken, ipv je wachtwoord? NB het privacy risico door stiekem afluisteren van e-paspoort (of andere RFID tags) is veel kleiner dan het risico van allerlei back-end databases. Bijv database met vingerafdrukken op ministerie, van ov-chipkaart reisgegevens bij TLS, of bij facebook, google, ...

102 out-of-the box denken! Om security te analyseren
moet je creatief zijn! En nadenken als een aanvaller! De enige manier om te kijken of iets veilig is: het (verantwoord) proberen te hacken

103 Vragen? Onze open source software voor uitlezen paspoorten (of zelf paspoorten te maken) is beschikbaar op