Angriffe.tex

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\section{Angriffe}\label{ch:attack}

Eine Reihe von elektronischen Systemen wurde zum Diebstahlschutz entwickelt
\cite{Song2008,Turner1999,Hwang1997}. Allerdings passen sich auch Diebe an die
modernen Gegebenheiten, insbesondere Funk\-schlüssel \cite{Lee2014}, an. Außerdem
gehen diese Systeme von einem klassischen Angreifer aus, der sich
ausschließlich auf der Hardware-Ebene bewegt.

Im Folgenden werden in \cref{subsec:can-intern-attackers} zunächst
Möglichkeiten von netzwerk-internen Angreifer, d.h.~Angreifern welche
physischen Zugang zum CAN-Bus haben, aufgelistet. Es folgt in
\cref{subsec:can-extern-attackers} eine Beschreibung wie Angreifer ohne
direkten physischen Zugriff auf das Auto sich mit dem CAN-Bus verbinden können.
Viele Angriffe nutzen sogenannte Buffer Overflows aus. Diese werden
in~\cref{sec:Buffer-Overflow} erklärt. Abschließend folgt in
\cref{sec:sicherheitslage} eine Liste konkreter, öffentlich bekannt gewordener
Sicherheitslücken.

Es ist nicht notwendigerweise der Fall, dass alle ECUs am selben CAN-Bus
angeschlossen sind. Allerdings müssen einige der Geräte Daten an die OBD-II
Schnittstelle senden. Außerdem liegt es aus wirtschaftlichen Gründen nahe
möglichst wenige Leitungen zur Datenübertragung zu verlegen.


\subsection{CAN-interne Angriffe}\label{subsec:can-intern-attackers}
Koscher~et~al.~haben in \cite{Koscher2010} zwei nicht näher spezifizierte Autos
der selben Marke und des selben Modells untersucht. Sie waren in der Lage über
den CAN-Bus etliche Funktionen des Autos, unabhängig vom Fahrer, zu
manipulieren. Das beinhaltet das Deaktivieren und Aktivieren der Bremsen, das
Stoppen des Motors, das Steuern der Klimaanlage, Heizung, Lichter, Manipulation
der Anzeigen im Kombiinstrument sowie das Öffnen und Schließen der Schlösser.
Durch moderne Systeme wie eCall kann der Angreifer sich sogar einen
Kommunikationskanal zu dem Auto aufbauen. Dies setzt allerdings voraus, dass
der Angreifer sich bereits im auto-internen Netzwerk befindet.

\subsection{CAN-externe Angriffe}\label{subsec:can-extern-attackers}
In~\cite{Checkoway2011} wurde an einer Mittel\-klasse\-limosine mit
Standard\-komponenten gezeigt, dass der Zugang zum auto-internen Netzwerk über
eine Vielzahl an Komponenten erfolgen kann. So haben Checkoway~et~al.
CD-Spieler, Bluetooth und den OBD-Zugang als mögliche Angriffs\-vektoren
identifiziert.

Bei dem Angriff über den Media Player haben Checkoway~et~al. die Tatsache
genutzt, dass dieser am CAN-Bus angeschlossen ist und die Software des
Mediaplayers über eine CD mit einem bestimmten Namen und Dateiformat
aktualisiert werden kann. Außerdem wurde ein Fehler beim Abspielen der
Audio-Dateien genutzt um einen Buffer Overflow zu erzeugen. Es wurde gezeigt,
dass dieser genutzt werden kann um die Software des Media-Players zu
überschreiben. Über diesen Fehler können alle sicherheitskritischen Funktionen
wie beispielsweise das Deaktivieren der Bremsen nach dem Erreichen einer
Geschwindigkeit über $\SI[per-mode=fraction]{100}{\km\per\hour}$ vom Angreifer
kontrolliert werden. Dafür muss lediglich eine modifizierte Audio-Datei, welche
immer noch abspielbar ist, auf der CD sein.

Der von Checkoway~et~al. durchgeführte Angriff via Bluetooth benötigt ein
mit dem Media Player verbundenes Gerät. Dieses nutzt dann
\verb+strcpy+-Befehle, bei denen die Puffergrößen nicht überprüft wurden um bei
der Bluetooth-Konfiguration aus um beliebigen Code auf der Telematik-Einheit
des Autos ausführen zu können. Daher ist das Smartphone des Autobesitzers ein
Angriffsvektor.

Die Bluetooth-Verbindung kann jedoch auch ohne ein verbundenes Gerät für
Angriffe genutzt werden. Dazu muss der Angreifer genügend Zeit in der Nähe des
Autos verbringen um die Bluetooth-MAC-Adresse zu erfahren. Damit kann er ein
Anfrage zum Verbindungsaufbau starten. Diese müsste der Benutzer normalerweise
mit der Eingabe einer PIN bestätigen. Checkoway~et~al. haben für ein Auto
gezeigt, dass die Benutzerinteraktion nicht nötig ist und die PIN via
Brute-Force, also das Ausprobieren aller Möglichkeiten, innerhalb von
10~Stunden gefunden werden kann. Allerdings kann dieser Angriff parallel
ausgeführt werden. Es ist also beispielsweise möglich diesen Angriff für alle
Autos in einem Parkhaus durchzuführen. Bei einem parallel durchgeführten
Brute-Force-Angriff ist der erste Erfolg deutlich schneller zu erwarten.

Die standardisierte und von Automechanikern zu Diagnosezwecken genutzte
OBD-Schnittstelle stellt einen weiteren Angriffs\-vektor dar. Für die
verschiedenen Marken gibt es Diagnose\-werkzeuge, wie z.B. NGS für Ford,
Consult~II für Nissan und der Diagnostic~Tester von Toyota. Diese dedizierten
Diagnose\-geräte werden allerdings über PCs mit Aktualisierungen versorgt.
Modernere Diagnose\-werkzeuge sind nicht mehr bei der Diagnose vom PC getrennt,
sondern werden direkt, über ein Kabel, \mbox{W-LAN} oder Bluetooth, mit einem PC
verbunden. Daher stellt die Diagnose- und Aktualisierungs\-tätigkeit von
Automechanikern einen weiteren Angriffs\-vektor dar. Wenn der Mechaniker ein
Diagnose\-gerät benutzt, welches ein \mbox{W-LAN} aufbaut, so können Angreifer
sich mit diesem verbinden und selbst Aktualisierungen durchführen. Außerdem
wurde von Checkoway~et~al. gezeigt, dass auch das Diagnose\-gerät selbst so
manipuliert werden kann, dass es automatisch die gewünschten Angriffe ausführt.

Wie in \cref{ch:standards} beschrieben wird eCall-System ab 2018 in Europa
verpflichtend eingeführt. Dieses nutzt das Mobilfunknetz zur Kommunikation.
Checkoway~et~al. haben gezeigt, dass Telematik-Einheiten von außerhalb des
Autos angewählt werden und die Software auf diese Weise aus beliebigen
Entfernungen aktualisiert werden kann. Dazu wurden zahlreiche Schwachstellen
der Telematik-Einheit von Airbiquitys Modem aqLink genutzt. Dieses Modem wird
unter anderem von BMW und Ford eingesetzt \cite{AirbiquityBMW,AirbiquityFord}.

Ein Angriff auf die Privatsphäre ist mit TPMS möglich. In~\cite{Rouf2010} wurde
gezeigt, dass TPMS-Signale zur Identifikation von Autos genutzt werden können.
Die Identifikation eines vorbeifahrenden Autos ist aus bis zu \SI{40}{\meter}
Entfernung möglich.

Genauso stellt das Mikrofon, welches wegen eCall ab 2018 in jedem Auto sein
muss, eine Möglichkeit zum Angriff auf die Privatsphäre dar.


\subsection{Buffer Overflow Angriffe}\label{sec:Buffer-Overflow}
Dieser Abschnitt erklärt anhand eines einfachen Beispiels wie Buffer Overflow
Angriffe durchgeführt werden.

Um Buffer Overflow Angriffe zu verstehen, müssen Grundlagen der Struktur eines
Prozesses im Speicher bekannt sein. Diese werden im Detail
in~\cite{Silberschatz2005} erklärt.

Buffer Overflow Angriffe nutzen die Tatsache aus, dass bestimmte Befehle wie
beispielsweise \verb+gets+ Zeichenketten in einen Puffer schreiben, ohne die
Größe des Puffers zu beachten. \verb+gets+ erhält als Parameter einen Zeiger
auf die Startadresse des Puffers. Wenn der Benutzer eine längere Eingabe macht
als der Puffer erlaubt, so wird in nach\-folgende Speicher\-bereiche
geschrieben. Dies kann an folgendem, aus~\cite{Arora2013} entnommenem und
leicht modifiziertem Beispiel beobachtet werden:

\lstinputlisting[language=C,title=simple.c]{simple.c}

Kompiliert man dieses Programm mit
\texttt{gcc -O0 -fno-stack-protector -g simple.c -o simple}, so kann mit der
Eingabe von 16~Zeichen die Variable \texttt{pass} überschrieben werden. In diesem
Fall wird deshalb der passwortgeschützte Code-Abschnitt ausgeführt, selbst
wenn das eingegebene Passwort fehlerhaft ist.

Allerdings ist es nicht nur möglich interne Variablen zu überschreiben, sondern
sogar beliebigen Code auszuführen. Dies wird in \cite{Mixter} mit einem sehr
ähnlichem Beispiel gezeigt und im Detail erklärt. Dabei wird nicht beliebiger
Text in den Puffer geschrieben, sondern sogenannter \textit{Shellcode}. Unter
Shellcode versteht man Assemblerbefehle, welche in Opcodes umgewandelt wurden.


\subsection{Sicherheitslage in Automobilen bis August 2015}\label{sec:sicherheitslage}
Heutzutage ist nicht nur die Hardware von Automobilen durch Diebe und andere
Angreifer gefährdet, sondern auch die Software. Die folgenden Beispiele zeigen,
dass Angriffe auf die IT in Automobilen nicht nur im akademischen Rahmen
auf einige wenige spezielle Modelle durchgeführt werden, sondern dass auch
modellübergreifende Angriffe möglich sind.

Es gibt etliche Automobilhersteller, -marken und -modelle. Für viele Modelle
gibt es unterschiedliche Konfigurationen und wiederum zahlreiche Optionen für
Zubehör wie beispielsweise das Autoradio oder Navigationssysteme. Dies macht
allgemeine Aussagen über konkrete Angriffe auf Automobile schwierig. Allerdings
stellen Standards und Verordnungen (vgl. \cref{ch:standards}) sicher, dass
Teile der relevanten Infrastruktur in Automobilen gleich sind, sodass Angreifer
diese fahrzeugübergreifend nutzen können.

Die Art der Angriffe ist nicht neu. So sind wurde mit dem Morris-Wurm bereits
1988 ein Stack Overflow Angriff durchgeführt~\cite{Seltzer2013},
Replay-Angriffe wurden 1994 beschrieben~\cite{Syverson1994} und seit Beginn
der Entwicklung von Viren werden bekannte Lücken in veralteter Software
ausgenutzt. Allerdings ist die Software in kognitiven Automobilen komplexer
als in herkömmlichen Automobilen, die Menge der eingesetzten Software ist
größer und die Möglichkeiten zur Einflussnahme durch Aktoren sind gewachsen.
Daher bieten kognitive Automobile eine größere Angriffsfläche als
herkömmliche Automobile.

\begin{itemize}
    \item 2010 hat ein ehemaliger Angestellter mehr als 100~Autos über ein
          Fernsteuersystem, welches Kunden an fällige Zahlungen erinnern soll,
          die Hupen aktiviert~\cite{Poulsen2010}.
    \item 2010 wurde mit~\cite{Koscher2010} auf mögliche Probleme in kognitiven
          Automobilen hingewiesen. Mit~\cite{Checkoway2011} wurde 2011 gezeigt,
          dass mindestens ein Modell in einer bestimmten Konfiguration unsicher
          ist.
    \item 2015 wurde von Charlie Miller und Chris Valasek gezeigt, dass das
          Unterhaltungssystem Uconnect von Fiat Crysler benutzt werden kann um
          Autos aus der Ferne zu übernehmen. Wegen dieses Softwarefehlers hat
          Fiat Chrysler 1,4~Millionen Autos zurückgerufen~\cite{Gallagher2015}.
    \item 2015 wurde eine Sicherheitslücke in BMW's ConnectedDrive bekannt.
          Diese hat es dem Angreifer erlaubt, das Auto zu
          öffnen~\cite{Spaar2015}. Dieter Spaar hat dabei mehrere
          Sicherheitslücken aufgedeckt: BMW hat in allen Fahrzeugen die selben
          symmetrischen Schlüssel eingesetzt, Teildienste haben keine
          Transportverschlüsselung verwendet und ConnectedDrive war nicht gegen
          Replay-Angriffe geschützt. Bei Replay-Angriffen nimmt der Angreifer
          Teile der Kommunikation zwischen dem BMW-Server und dem Auto auf und
          spielt diese später wieder ab. Dies könnte beispielsweise eine
          Nachricht sein, die das Auto entriegelt.
    \item In \cite{Verdult2015} wurde 2015 gezeigt, dass einige Dutzend
          Automodelle von Audi, Ferrari, Fiat, Opel, VW und weiterer Marken
          eine Sicherheitslücke in den Schlüsseln haben, welche es Autodieben
          erlaubt nach nur zweimaligem Abhören der Kommunikation des
          Originalschlüssels mit dem Auto eine Kopie des Schlüssels
          anzufertigen.
    \item Die Sicherheitsfirma Lookout hat 2015 Fehler in der Software des
          Tesla Model~S gefunden, welche Root-Zugang zu internen Systemen
          erlaubt hat~\cite{Mahaffey2015}. Drei der gefundenen sechs
          Sicherheitslücken sind veraltete Softwarekomponenten.
    \item 2015 wurde auch ein Angriff auf das OnStar-System von GM bekannt,
          durch welchen der Angreifer beliebige Autos mit dem OnStar-System
          öffnen und den Motor starten konnte~\cite{Stevens2015}. Die Art des
          Angriffs, die bisher noch nicht detailliert beschrieben wurde,
          betrifft laut \cite{Greenberg2015} auch die iOS-Apps für Remote von
          BMW, mbrace von Mercedes-Benz, Uconnect von Chrysler und Smartstart
          von Viper.
\end{itemize}