我們發(fā)現(xiàn)了一種新方法能夠利用 LTE 和 5G 中的 MAC 層協(xié)議，通過使用其他人的網(wǎng)絡(luò)進行遠(yuǎn)程通信。這個新發(fā)現(xiàn)的 LTE/5G MAC 層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中的漏洞很可能會影響到其他的無線寬帶標(biāo)準(zhǔn)。該漏洞可讓未經(jīng)授權(quán)的設(shè)備通過服務(wù)提供商的基礎(chǔ)設(shè)施匿名交換短消息。雖然目前它對 Wi-Fi 網(wǎng)絡(luò)的影響還不是很大，但是隨著蜂窩覆蓋范圍從一個房間擴展到更遠(yuǎn)距離，它必將成為一個值得關(guān)注的大問題。

該漏洞使得未經(jīng)授權(quán)的用戶有機會在完成網(wǎng)絡(luò)身份驗證之前，就能對建立鏈路的初始消息當(dāng)中的要素加以利用。因此，一個匿名的非授權(quán)用戶可以利用基站廣播信號將消息傳遞給蜂窩覆蓋區(qū)域內(nèi)的另一個匿名用戶。

與已知的隱蔽通信技術(shù)相比，這種新型非授權(quán)通信技術(shù)利用的是無線接入基礎(chǔ)設(shè)施中的 MAC 層（L2），而不是直接訪問物理頻譜（L1）或使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的其他層（L3-L7）。Wiley Online Library表示：“媒體訪問控制（MAC）層為上層提供無線資源分配服務(wù)和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。MAC 層的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)包括執(zhí)行調(diào)度請求、緩沖狀態(tài)報告、隨機接入和混合自動重傳請求（HARQ）等?！?

該漏洞的正式名稱為 CVD-2021-0045，昵稱 SPARROW。我們已經(jīng)負(fù)責(zé)任地在 GSMA 協(xié)調(diào)漏洞披露計劃中對其進行了披露；GSMA 移動安全網(wǎng)站也認(rèn)可了該漏洞。

SPARROW 的發(fā)現(xiàn)過程

作為是德科技 ATI 研究中心的高級研究員，我的研究方向是信號處理和無線系統(tǒng)安全。2020 年，我在研究數(shù)據(jù)滲漏方法的工作過程中，設(shè)想了利用商用通信網(wǎng)絡(luò)中的無線廣播資源泄露數(shù)據(jù)的可能性。我意識到，網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中存在許多威脅場景，其中一部分超出了無線安全領(lǐng)域所定義的常見威脅。我對漏洞的定義是：在預(yù)期的應(yīng)用范圍之外使用系統(tǒng)的機會。威脅場景（比如數(shù)據(jù)滲漏等）對于查找和修補系統(tǒng)及標(biāo)準(zhǔn)中存在的漏洞具有特殊意義。

數(shù)據(jù)滲漏場景是網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域的常見研究課題。惡意行為者可以通過它來創(chuàng)建隱蔽的通信方案，從而將受感染系統(tǒng)中的敏感信息泄漏出去。到目前為止，一些廣為人知的數(shù)據(jù)滲漏技術(shù)利用的是互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，安全行業(yè)已經(jīng)開發(fā)出了針對性的預(yù)防措施。根據(jù)我對無線安全的理解，我首先問了一個關(guān)鍵的假設(shè)性問題。正是這個問題的提出，為我的新發(fā)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)：“如果有人利用商用無線接入基礎(chǔ)設(shè)施的 MAC 層協(xié)議進行低成本、低能耗的隱蔽通信會怎樣？”

商用無線信號幾乎無所不在，因此利用它們進行數(shù)據(jù)滲漏的話，就可以繞過現(xiàn)有的所有預(yù)防措施。我沒有找到任何關(guān)于利用無線 MAC 層（L2）協(xié)議進行隱蔽通信的文章，這種疏忽應(yīng)當(dāng)歸咎為研究界對隱蔽通信的理解各有不同。網(wǎng)絡(luò)安全研究人員通常將精力集中在利用 L3 到 L7 層協(xié)議的技術(shù)上。在無線安全領(lǐng)域，隱蔽通信通常指的是使用 L1 層無線信號的隱蔽廣播，包括能夠利用授權(quán)用于商用網(wǎng)絡(luò)的頻譜的 L1 盜版無線。但是，L2 是什么情況？

我的第一個研究目標(biāo)是大家耳熟能詳?shù)?3GPP 標(biāo)準(zhǔn)。 2020 年 2 月，我在 3GPP TS 36.321 標(biāo)準(zhǔn)中發(fā)現(xiàn)了一個影響 LTE 和 5G 網(wǎng)絡(luò)的漏洞。我將這個漏洞命名為 SPARROW。它允許匿名的低功耗設(shè)備在不連接網(wǎng)絡(luò)的情況下在小區(qū)內(nèi)交換隱蔽的短消息。我們與意大利米蘭的一個工程團隊一起安排了一次概念驗證。這個場景于 2020 年 12 月得到驗證。

SPARROW 的危害

基于以下原因，SPARROW 會對在其他隱蔽通信方式保護下的關(guān)鍵設(shè)施構(gòu)成真正的危險：

匿名程度極高：SPRROW 設(shè)備在運行時不與主機網(wǎng)絡(luò)進行身份驗證，因此避開了暴露給網(wǎng)絡(luò)安全和合法攔截系統(tǒng)以及頻譜掃描儀的風(fēng)險。它們利用的資源非常有限，對主機網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的影響非常小。

覆蓋面大：利用基站或非地面技術(shù)的廣播功率，SPARROW 設(shè)備可以相隔幾英里進行通信。如果在稀疏的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中部署幾個這類設(shè)備，就可以進一步擴大通信范圍。

功耗低、操作簡單：SPARROW 設(shè)備可對安裝在商用 SDR 上的現(xiàn)有的協(xié)議實施資源庫加以利用。它們使用電池供電，或是長期從周圍環(huán)境中獲取能量，就像真正的麻雀一樣！

以下利用場景值得注意：

無線數(shù)據(jù)滲漏：SPARROW 設(shè)備（可能只有加密狗大?。┛赡軙蔀橐阎W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)滲漏技術(shù)的有效替代手段。

命令與控制：它們可以使用商用通信基礎(chǔ)設(shè)施匿名與惡意物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備遠(yuǎn)程通信，觸發(fā)意外事件。

秘密活動：代理能夠與敵對區(qū)域的 SPARROW 設(shè)備進行通信，并且不用廣播明顯的信號或直接訪問現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。

以下是重要收獲：

無線 MAC 協(xié)議中的不安全消息可能會被低成本的用戶設(shè)備用來進行惡意意圖的隱蔽通信。行業(yè)組織在評估安全態(tài)勢時應(yīng)當(dāng)充分考慮到這種新型漏洞。

該漏洞長期以來一直未被披露，這一事實應(yīng)當(dāng)引起協(xié)議規(guī)范編寫人員的足夠重視，縝密考慮在設(shè)計階段對重播和廣播的濫用。

研究人員應(yīng)當(dāng)對其他早期 MAC 協(xié)議開展檢查，看看是否存在其他繞過流量檢驗設(shè)備的隱蔽通信方法。

您如何防范網(wǎng)絡(luò)上的這類漏洞？針對易受攻擊的無線標(biāo)準(zhǔn)，我們已經(jīng)開發(fā)出一種通用的補救措施。