EO

Sesam, open u! - Advies over beveiliging van een slimme thermostaat

07 februari 2019 om 15:41 uur

Security expert Kevin Valk onderzocht de beveiligingsaspecten van zijn eigen, via de cloud aangestuurde, thermostaat en ontdekte een reeks alarmerende problemen. Hij toont de kwetsbaarheid aan van hedendaagse IoT-apparaten en geeft advies aan ontwikkelaars van verbonden apparaten om hun verdediging tegen cyberaanvallen te verbeteren.

 

Door: Kevin Valk, Riscure


Als beveiligingsanalist bij Riscure werk ik voornamelijk aan mobiele beveiligingen zoals bij online-betalingen, HCE (Host Card Emulation) en mPOS (Mobile Point of Sale). Onlangs kocht ik een IoT-thermostaat genaamd Anna van Plugwise waarmee ik de temperatuur in mijn huis beter kon regelen. Bij het instellen van Anna moet je naar een webinterface gaan om het apparaat te configureren. Ik herinner me dat ik op een specifieke instellingenpagina een HTTP-statuscode ‘500 Internal server error' kreeg met een volledige stacktrace gegenereerd door een Lua-script. Zoals je je wel kunt voorstellen, maakte dit me nerveus toen ik me realiseerde dat dit apparaat mogelijk een gat kon slaan in mijn thuisnetwerk. Om mezelf gerust te stellen voerde ik een kleine veiligheidsevaluatie uit om te verifiëren dat Anna inderdaad geen problemen zou opleveren in mijn huis ... Achteraf gezien geen verkeerde gedachte.

1 Binnenkant van de thermostaat: de printplaat met antenne.

 

Op onderzoek uit

Voor elk beveiligingsbewust persoon met enige kennis van basiselektronica levert de printplaat een schat aan waarde; alles is duidelijk gelabeld en voorzien van enkele debug-headers. Je kunt de voornaamste componenten zoals de microcontroller, RAM en flash duidelijk zien. Bovendien blijkt dat de 5-pins header een UART-interface is. Die is vast uitgeschakeld in een productieomgeving, toch?

2Meekijken naar het opstarten tijdens het autobootproces. 


Helaas. Door eenvoudigweg een UART-kabel aan te sluiten en op het juiste moment een toets aan te slaan om het automatische opstartproces te stoppen, heb ik runtime-controle over Anna verkregen. Met de commandline-interface gepresenteerd door U-Boot kun je talloze dingen doen zoals het lezen van het flash-geheugen. Dit maakte me nieuwsgierig en ik wilde er dieper in duiken. Daarvoor had ik wel een flashdump van het bestandssysteem nodig.

 

Verder spitten

Een mogelijkheid om het bestandssysteem te verkrijgen, is door de flash-IC  direct uit te lezen met behulp van gebruikelijke hardware. We hebben echter al toegang tot de U-Boot-shell. Waarom zou ik die niet gebruiken?

3Python-script voor het maken van een memorydump. 


Een klein Python-script en twee memorydumps later heb ik met succes een geverifieerde inhoud van de volledige flash-IC verkregen. Op basis van de initiële U-Boot shell wist ik al dat er een aangepaste versie van het OS (besturingssysteem) OpenWrt op dit apparaat werd gebruikt. Dit betekent dat er een SquashFS-partitie voor het read-only root-bestandssysteem is en een JFFS2-partitie voor alle gebruikersgegevens.

 

Herinner je de Lua stacktrace nog?

Het rootbestandssysteem was inderdaad een aangepaste versie van OpenWrt met één significant verschil: een vrij grote Lua -toepassing. Lua is een scripttaal en als je het bestand in een teksteditor opent dan zie je normaal gesproken de broncode verschijnen. Om betere prestaties te leveren kunnen Lua-scripts tot bytecode worden gecompileerd die de Lua VM (Virtual Machine) direct kan uitvoeren.
Net als de meeste bytecode-gecompileerde talen, bestaat er ook een decompiler voor Lua, namelijk LuaDec. Ik verwachtte dat ik daarmee de originele code gemakkelijk terug zou kunnen halen. Toch zat ik er flink naast. Bij het openen van sommige Lua-bestanden op de SquashFS-partitie kreeg ik de volgende gegevens te zien:

e 

Dat is geen tekst. Maar het was ook geen Lua bytecode. Nader onderzoek toonde aan dat dit een aangepast coderingsschema is, gemaakt door Plugwise om zijn Intellectuele Eigendom (IP) op al zijn producten te beschermen.


Het duurde even maar enkele reverse engineering-inspanningen later lukte het om met een relatief eenvoudig Python-script de gecodeerde bytecode en de gecodeerde broncode te ontcijferen. De coderingssleutel zat in de Lua-interpreter zelf en is daarom gemakkelijk verkrijgbaar via statische reverse-engineering.


Na het decoderen van alle bestanden heb ik de originele broncode (inclusief opmerkingen en TODO's) en de bytecode verkregen. Voor verdere analyse is het mogelijk een aanval te bedenken om het systeem binnen te dringen met behulp van HTTP-verzoeken (dus geen fysieke toegang tot het apparaat). Dit is vooral interessant omdat de web-interface rootgebruiker-rechten heeft zodat een aanvaller direct dezelfde rechten krijgt wanneer de aanvalt lukt.

 

En verder?

Tijdens het onderzoek van het bestandssysteem en de web-interface bleef een functie met de naam SSH-relay tevoorschijn komen. Normaal gesproken gebruikt men SSH-relays om firewalls te omzeilen door reverse-tunnels in te stellen. De Anna-thermostaat is in onbekende netwerken geïnstalleerd en SSH-relays gebruikt men om de toegang tot apparaten van buitenaf mogelijk te maken.

 

e

Illustratie van de samenhang tussen de ontwikkelaar Plugwise (links), de relay-server (onder) en de thermostaat achter een firewall (rechts). 

 

Bij nadere beschouwing was dit precies wat Anna deed om Plugwise toegang te geven tot de verkochte thermostaten. Er kunnen veel geldige redenen zijn om een dergelijke functie te implementeren. Dat moet wel op een veilige manier worden uitgevoerd om geen gevaarlijke gaten te maken in de beveiliging van het thuisnetwerk van consumenten. Daarom heb ik besloten om te onderzoeken hoe de omgekeerde tunnels zijn gemaakt.

 

De wereld aan je voeten

Plugwise heeft een complexe en dynamische HTTP-API om de apparaten te laten communiceren met de back-end. Een van deze eindpunten gebruikt Plugwise om een persoonlijke sleutel te verkrijgen om in te loggen in de back-end en een omgekeerde SSH-tunnel in te stellen. Als de SSH-gebruikers op de externe server niet goed zijn beveiligd, kan een aanvaller deze privésleutel gebruiken om een onbevoegde shell op de back-end te krijgen.

 

De architectuurkeuze van omgekeerde SSH-tunnels is niet optimaal, maar wanneer goed opgezet kan het voldoende zijn voor de oplossing. Een minimumvereiste is in ieder geval dat je de instellingen correct instelt zodat een aanvaller de server niet gemakkelijk kunt binnendringen. Om dat te verifiëren heb ik dezelfde API-verzoeken uitgevoerd als Anna om de persoonlijke sleutel te verkrijgen. Met de privésleutel zou ik kunnen proberen een interactieve SSH-shell in te stellen, volledig met de verwachting dat ik daarin niet zou slagen omdat alleen tunnels nodig zijn.

5Je begrijpt mijn verbazing toen ik de boodschap volgens bovenstaande afbeelding kreeg. Ik beëindigde onmiddellijk de SSH-sessie en dacht na over wat er gebeurde. Niet alleen kreeg ik een shell zonder root rechten, het systeem draaide ook een OS (image) uit 2014! Dat betekent dat er veel kans is op misbruik om root-rechten voor dit systeem te krijgen. Wie weet hoe andere servers zijn verbonden en wat een rootgebruiker op het relay-systeem van het netwerk van Plugwise kan aanrichten? Er was slechts één laatste probleem dat ik wilde verifiëren voordat ik contact opnam met Plugwise. Als een aanvaller het IP-adres van de Plugwise-relayserver kent, kan de aanvaller dan een poortscan uitvoeren en rechtstreeks een verbinding maken met de apparaten in de thuisnetwerken?

 

Proef op de som

Bij het uitvoeren van een eenvoudige poortscan op de relayserver, kreeg ik een open poortlijst te zien. In totaal waren er 205 omgekeerde SSH-tunnels die rechtstreeks naar een Plugwise-apparaat in thuisnetwerken gaan. Gelukkig staan de SSH-servers in de apparaten alleen een rootgebruiker toe om in te loggen met een SSH-sleutel. Hoe dan ook, het feit dat dit systeem firewalls van een thuisnetwerk omzeilt en de Anna-thermostaat effectief openzet naar jan-en-alleman, is verre van ideaal.

Aanbevelingen

 

Dit product was interessant omdat het geen significante veiligheidsmaatregelen bevatte tot aan de Lua-toepassing die bijna buitenproportioneel aanvoelde. De op maat gemaakte beveiligde Lua-interpreter werd echter gemakkelijk verslagen omdat niet goed genoeg was nagedacht over de veiligheid ervan.


Bij het analyseren van de thermostaat hebben we veelgemaakte fouten geïdentificeerd en Riscure zou graag enkele algemene tips willen delen over het verbeteren van de beveiliging van embedded IoT-apparaten. De onderstaande lijst is verre van volledig maar biedt een essentiële leidraad voor IoT-beveiligingsverbeteringen.

 

Hardware:

  • Schakel debuginterfaces voor de productiefase uit of vergrendel deze om te voorkomen dat aanvallers gemakkelijk de systeemdetails leren kennen.
  • Versleutel het flashgeheugen om te voorkomen dat aanvallers eenvoudig toegang hebben tot de inhoud. Gebruik als alternatief een SoC met geïntegreerd geheugen of verberg pinnen/sporen/pads op de flash-IC om het moeilijker te maken voor aanvallers om bij het geheugen te komen.

 

Software:

  • Bescherm sleutels door ze naar de hardware te verplaatsen of run-time te definiëren om te voorkomen dat aanvallers de sleutel alleen door statische analyse kunnen verkrijgen. Dit verhoogt aanzienlijk de benodigde inspanning voor een aanvaller
  • Scheid rechten voor applicaties om een gelaagde verdediging toe te passen. In dat geval zou een compromis van de web-interface (indien mogelijk) alleen leiden tot een gebruiker met weinig rechten.

 

Back-end:

  • Houd alle back-end-servers altijd (bij voorkeur automatisch) volledig up-to-date.
  • Hoewel relayservers nuttig kunnen zijn, is het vanuit veiligheidsoogpunt vaak niet de beste oplossing. Indien je toch een relayserver wilt gebruiken, zorg er dan voor dat alleen jij toegang hebt tot de tunnels die apparaten verbinden met het internet.

In goed overleg: case closed

 

In juni vorig jaar stuurde Riscure de eerste e-mail met details over de ontdekte problemen. Riscure en Plugwise hebben na die tijd veelvuldig contact gehad om de meest urgente problemen op te lossen. Plugwise heeft alle back-endservers bijgewerkt en de SSH-relaygebruikers volledig vergrendeld.

 

Dit artikel is gebaseerd op een blog van Riscure uit november 2018 met de bedoeling om ontwerpers bewust te maken van mogelijke kwetsbaarheden in hun producten. Twijfel je over de veiligheid van de producten die jij maakt als het om cyberaanvallen gaat, die kunnen leiden tot Denial-of-Service, diefstal van intellectuele eigendom en lekken van klantgegevens? Neem dan contact op met Riscure: inforequest@riscure.com .

 

Kennis

RSS

Galvanische behandeling manifolds zonder nabewerken

18-02-19 13:11 Hydraulische systemen worden steeds complexer, de werkdrukken hoger en het...

Hackers interface-heaven - misbruik van USB

07-02-19 14:48 USB is populair zoals voor de geheugen-stick, toetsenbord, muis en voor het...

Importeurs aanpakken wegens merkinbreuk

31-01-19 14:50 Q: wij produceren en leveren onze machines wereldwijd. In veel landen...

Meer kennis »

Laatste productnieuws

ProfiNet switch

ProfiNet switch

Murrelektronik heeft onder de naam Tree een nieuwe reeks managed switches ontwikkeld voor ProfiNet-netwerken. Hiermee kunnen tegen relatief lage kosten netwerkkoppelingen worden gemaakt die voldoen aan de ProfiNet…

Servomotorremmen

Servomotorremmen

Matrix heeft het aanbod standaard servomotorremmen (SMB's) voor elektromotoren uitgebreid. De nieuwe 5 Nm SMB090 vergroot naar eigen zeggen het aanbod in een felbevochten segment als het om maat en koppel gaat.

Stappenmotorcontroller

Stappenmotorcontroller

De JXC92 meerassige stappenmotorcontroller kan maximaal drie elektrische aandrijvingen tegelijk besturen. De controller kan lineair (drie assen) en circulair (twee assen) interpoleren en is geschikt voor positioneren en…

Meer productnieuws »

Laatste nieuws

ASML kan honderden ingenieurs leveren voor technisch onderwijs

ASML kan honderden ingenieurs leveren voor technisch onderwijs

ASML wil honderden ingenieurs beschikbaar stellen om daarmee het tekort aan docenten in het technisch onderwijs te helpen oplossen. Het gaat volgens CEO Peter Wennink om alle onderwijsniveaus. Wennink sluit hiermee aan…

Pulsvisserij verboden: nu moeten er nieuwe technieken worden bedacht

Pulsvisserij verboden: nu moeten er nieuwe technieken worden bedacht

Minister Carola Schouten heeft 15 miljoen euro gereserveerd voor innovatie en de ontwikkeling van alternatieven voor Nederlandse vissers die getroffen worden door het verbod op pulsvissen. Zinvol, denk Tammo Bult,…

Hoeveel is een robotleven waard?

Hoeveel is een robotleven waard?

Mensen zijn onder bepaalde omstandigheden bereid om een robot te redden ten koste van mensenlevens. Bijvoorbeeld als we denken dat de robot pijn kan ervaren. Dat blijkt uit onderzoek van de Radboud Universiteit en LMU M…

Meer nieuws »

Focus op

ABB BV
ABB BV

Machineveiligheid, systemen en componenten

B&R Industriële Automatisering BV *
B&R Industriële Automatisering BV *

Perfection in Automation

Pilz Nederland
Pilz Nederland

Voor industriële (veilige) automatiseringsoplossingen

Ringspann Benelux BV
Ringspann Benelux BV

Partner in aandrijf- en opspantechniek

Rotero Holland BV
Rotero Holland BV

Stappenmotor - Servomotor - Elektro Magneet

Safe PCB Nederland
Safe PCB Nederland

Printplaten/PCB's, prototype en series

Download gratis engineering boeken

A gratis boeken downloaden

 

Agenda

23 november 2018, Groningen

BEYOND THE LAB: the DIY Science Revolution

Dit project laat zien dat mensen mee kunnen doen aan wetenschap en samen de verantwoordelijkheid delen...

Meer agendapunten »

Gratis nieuwsbrief

EOL