KCon 2018 议题解读：智能家居安全——身份劫持

作者：EnsecTeam-挽秋
公众号：EnsecTeam

本文以如何劫持(窃取)智能家居时代设备的身份“安全凭证”为出发点，调研并分析了目前国内市场的主流产品和设备交互协议，及其所依赖身份凭证，通过介绍、分析和发现设备交互控制协议安全性，最终通过身份劫持，实现相关设备和产品的任意远程控制。

智能家居身份和劫持危害

先通过一张简图来了解一下应用、智能设备和云端三者交互时携带的身份标识，如图所示：

智能家居设备交互时携带的身份标识

从上图了解到，智能家居身份标识通常是以下几种情况：

  1. 账号cookie相关，如身份Token；
  2. 用户id：userid
  3. 设备id：deviceid
  4. 认证或加密的key

一旦用户或设备的身份被劫持，那么至少存在如下几方面危害：

  1. 个人信息，聊天内容等隐私敏感信息泄露
  2. 智能设备被任意控制
  3. 财产损失
  4. 随时被监控

以智能音箱和智能插座等设备为例，至少有两个环节设计“身份”相关：

  1. 账号同步
  2. 设备交互操作

下面将分别介绍如何在这两个环节进行身份劫持。

账号同步

账号同步是指，在智能设备在初次激活使用(或更改绑定用户时)，用户将自己的身份信息同步给设备，并绑定设备。

一个简化的账号同步流程，如图所示：

账号同步

账号同步通常会存在如下两类问题：

账号同步时身份劫持,以厂商A音箱的配网和身份账号同步为例，其账号同步分为两种方式：

  1. 直接通过UDP广播255.255.255.255:50000,发送userid、token和wifi的ssid和wifi密码。
  2. 将userid、token、ssid和wifi密码等转化成语音播放，音箱进行语音信息识别即可。

关于两种模式的选择：由本地sharedPreferences文件(tg_app_env.xml)中的app_connect_mode属性值决定，其账号同步代码如图所示：

厂商A音箱的账号同步

厂商A的音箱将身份信息，通过固定“协议”的格式，在UDP255.255.255.255:50000端口进行身份信息发送，攻击者可以监听UDP50000端口，从而获取用户的userid和token，窃取身份凭据；语音发送也是按照同一套固定的“协议”格式发送。协议格式通过破解后如图所示：

厂商A音箱的账号信息同步格式

设备交互

设备交互是指应用、设备和云端的三者交互访问；交互操作大体分为两种方式：

  1. 只支持广域网：厂商A为代表；
  2. 支持广域网和局域网：厂商B和C为代表。

广域网交互中应用与设备交互、设备与设备的交互方式如图：

应用和设备广域网交互

设备和设备广域网交互

厂商A的智能家居接入方式：以开灯为例

第一步：厂商A的音箱-->音箱server

url：https://.com/

Payload: { Uderid, Deviceid, Accesstoken, 打开灯的语音}

第二步：厂商A的音箱sever-->第三方server

用户需要在第三方产品server注册并通过Oauth授权给厂商A的Server，消息格式如下：

｛
 "header":{
   “namespace”:”***Genie.Iot.Device.Control",
      "name":"TurnOn",
      "messageId":"1bd5d003-31b9-476f-ad03-71d471922820",
      "payLoadVersion":1
   },
   "payload":{
       "accessToken":"access token",
       "deviceId":"34234",
       "deviceType":"XXX",
       "attribute":"powerstate",
       "value":"on",
       "extensions":{                                         
          "extension1":"",
          "extension2":""
      }
}
｝

第三步：第三方server-->设备

Payload：{command: turn-on, currentValue:0 }

厂商A音箱的身份劫持

厂商A的音箱每次交互时，都会携带: token、userid、deviceid、action来进行，并且server会依据userid来进行身份判断。

  1. 有了userid就可以身份劫持——远程设备任意操作；
  2. userId是顺序的，可遍历的9位数字：比如一个userid是50*123，另一个userid则是50*397这几位数字;
  3. userid还有其他多种方式获得：配网时窃取、APP端上获取；

厂商A音箱被劫持后，可以用户查看聊天记录，自定义问答，设置闹钟、话费充值、智能家居控制等等，此外音箱 “被分享”之后，宿主不能主动取消分享，只能等“攻击者”取消分享，身份劫持危害如图所示，中间的攻击者可以任意查看用户的聊天记录：

厂商A音箱的身份劫持

如何发现这类身份劫持？

应用或设备通过携带4元组信息：userid、deviceid、token和action，向云端进行请求时，如下图所示，如果云端对4元组信息校验出现不一致的情况下，就会导致身份劫持：

4元组访问请求

局域网交互中应用与设备交互、设备与设备的交互方式如下图所示：

应用和设备局域网交互

设备和设备局域网交互

厂商B的设备局域网身份劫持

在同一局域网下，厂商B设备通过专有的加密UDP网络协议——miio协议，进行通信控制。

  1. 通过广播发送一个握手协议包，如果设备支持miio协议，那么设备就会回复自身信息：token、ip和ID。
  2. 向指定设备发送一串hello bytes获得设备信息结构体”header”
  3. 凭借token、ID等信息构造信息结构体”header”，跟随控制消息发送给设备，实现设备控制。

厂商B的设备局域网身份劫持交互如图所示：

厂商B的设备局域网身份劫持交互

第一步：安装python-miio库，然后执行：mirobo discover --handshake 1，获取设备IP、ID和Token信息。

第二步：发送hello bytes消息给设备54321端口，获取设备消息结构体Header：

第三步：伪造控制消息结构体Header、消息指令cmd和checksum(Token)，给设备发送；

typedef  struct{
Header,
cmd,
checksum
}Msg

控制消息结构体如图所示：

厂商B的设备控制消息结构体

以打开智能插座为例：cmd={'id':1,'method':'set_power','params':['on']}

厂商C的局域网交互控制

厂商C为了实现智能家居生态，主推一套实现产品智能化互联互通的协议——“***Link”，目前所有的产品都可以与APP，以及音箱进行交互控制，是一套“带认证的密钥协商+对称密钥加密”的设备操作和交互控制协议。

再介绍和认识“带认证的密钥协商”之前，我们先介绍一下ECDH密钥协商及其存在的安全问题。

有两个用户Bob和Alice，使用ECDH密钥协商，交互过程如图所示：

ECDH密钥协商

但是ECDH密钥协商是无法防御中间人攻击的，假设在Bob和Alice存在一个攻击者——Attack，对Bob和Alice进行中间人攻击，ECDH协商流程如图所示：

ECDH密钥协商之中间人攻击

为了防御中间人攻击，需要在ECDH密钥协商过程中加入“一套身份认证机制”——EccSignKey和EccVerifyKey，EccVerifyKey提前存储在需要协商密钥的用户设备上，整个“待认证的ECDH密钥协商”交互过程如图所示：

待认证的ECDH密钥协商

设备和厂商C的应用(或音箱)基于***Link协议来进行交互，第三方设备制造商首先在云端通过ECC算法一对生成公私钥：Ecc-sPrivateKey/Ecc-sPubkey，其中公钥Ecc-sPubkey内置在设备端，用于发送随机数到云端，进行设备的身份认证，设备认证合法后，云端下发设备后续通信加密的key：accessKey，然后应用使用ECDH密钥协商算法协商出的密钥，通过AES-CBC模式加密传输accessKey；此外设备和应用进行局域网通信时，都是通过localkey进行加解密来进行的，其中localkey就是accessKey。设备和厂商C的应用局域网交互流程如图所示：

设备和厂商C的应用局域网通信交互

厂商C的设备局域网身份劫持

厂商C的***Link协议的交互控制的消息结构体如下所示：

以打开智能插座为例：

Packet_t=协议包头，opt=null，Payload=LocalKey 密钥加密

Time[时间戳]  //4字节int类型时间戳，小端在前
{
“cmd”:5,
"data":{
"streams":[{"current_value":"0","stream_id":"power"}],
"snapshot":[{"current_value":"1","stream_id":"power"}]
}

设备交互方式总结和比较

通过应用实现身份劫持

通过应用实现身份劫持，常用的方法有如下两种：

1）通过webview JS交互接口远程命令执行或泄露身份账号

应用APP通过为webview @JavascriptInterface关键字，自定义添加身份获取的函数，并且没对加载url做好限制，导致身份信息远程泄露或者远程命令执行

2）Webview file域远程信息泄露

应用开启WebSettings.setAllowUniversalAccessFromFileURLs(true)，并且webview对加载的url没有任何限制，则应用APP下所有私有目录信息都会被窃取

通过webview JS交互接口远程命令执行或泄露身份账号

应用扫一扫时(CaptureActivity),当CaptureActivity扫描到是“合法”url时，会调用com.***.WebViewActivity进行url加载，但是url判断逻辑存在漏洞，导致攻击者可以调用WebViewActivity定义的交互接口，远程获取用户账号等敏感身份信息，漏洞执行效果如下图所示。

通过webview-JS交互接口获取厂商C控制应用的身份

漏洞案列简化：

if(loadurl.contains(“***”)){
//合法
} else{
//不合法
}

Webview file域远程信息泄露

厂商A的音箱控制APP中WVWebViewActivity对外导出，并接收如下远程uri scheme：assistant://hsend***Poc5_web_view?direct_address=url。

WVWebViewActivity接受外部的url会传入Fragment中的webview中进行加载，并且WVWebViewActivity中对webview进行了设置，开启了JS和file文件访问能力，并设置了WebSettings.setAllowUniversalAccessFromFileURLs(true)。

攻击者可以将assistant伪协议中的url先通过url加载任意html，然后下载恶意html文件到本地，然后webview跳转加载本地的恶意html文件，窃取用户私有目录内的身份信息。

assistant://hsend***Poc5_web_view?direct_address=http://www.test.com
assistant://hsend***Poc5_web_view?direct_address=file:///*/***.html

智能家居身份劫持漏洞总结

1. 配网泄露

2. 设备交互控制时，劫持

1）app/设备->server：厂商A为代表，userid为身份凭证，可劫持；

2）局域网控制：

3. app应用存在身份穿越漏洞

Webview JS交互接口远程命令执行或远程信息泄露
Webview File域远程信息克隆

参考文献

  1. https://github.com/WeMobileDev/article/blob/master/%E5%9F%BA%E4%BA%8ETLS1.3%E7%9A%84%E5%BE%AE%E4%BF%A1%E5%AE%89%E5%85%A8%E9%80%9A%E4%BF%A1%E5%8D%8F%E8%AE%AEmmtls%E4%BB%8B%E7%BB%8D.md
  2. https://github.com/rytilahti/python-miio
  3. https://paper.seebug.org/616/

源链接

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