物联网平台认证和授权协议实现的安全分析

• 作 者: 毛宇航
• 出 处: 西安电子科技大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 物联网 协议分析 生命周期 流量分析 安全风险

随着物联网技术的兴起,物联网设备给人们生活带来了巨大的便利。为适应用户和硬件厂商快速部署自己的解决方案,物联网平台这一新型应用也得到了迅速的发展。物联网平台使用多种通信协议实现物联网设备和用户的交互,因此物联网平台中协议的安全漏洞影响范围更加广泛,结果更加严重。现有对物联网协议安全性的研究多数集中于分析协议本身的安全性,另一方面,由于物联网平台架构的区别、物联网设备种类的差异以及物联网协议种类的繁多且复杂,造成了分析物联网平台协议实现时的安全问题面临着挑战。本文的主要创新点和贡献点包括以下三个部分:(1)提出了一种基于物联网终端生命周期的安全分析框架,系统性地分析物联网协议实现时的安全问题。首先通过将用户和设备统一定义为终端,提出物联网终端生命周期的三个阶段:终端接入、终端交互和终端停用。之后结合逆向分析等方法,主要通过流量分析恢复实际物联网终端的生命周期。最后从身份认证、访问控制和通信安全三个方面分析生命周期中各阶段的安全风险,并通过构造验证性攻击实验证明安全漏洞的可行性。(2)设计实现了针对物联网场景的流量分析工具IoTCap,用于捕获和解密Android手机端智能应用程序发送和接收的IP层数据。IoTCap工具的核心方法是利用Android VpnService服务开启VPN接口,并创建本地客户端和服务器转发和解密智能应用程序中的数据流量。IoTCap适用于多种基于TCP/IP协议栈的物联网协议,并且能够完成对非443端口SSL流量的解密。同时,IoTCap部署在Android手机端,能够解决设备热点这一物联网特殊场景,且手机不需要Root。(3)测试了7个主流物联网平台和设备,证明了物联网终端生命周期对于多种平台和设备具有通用性。测试结果不仅发现了弱密码、明文传输和敏感信息泄露等是物联网协议实现时普遍存在的安全风险,而且重点研究了终端停用阶段的权限撤销和身份凭证吊销的安全风险。本文进一步通过构造验证性攻击实验,发现了3种安全漏洞,分别为基于MQTT协议的clientId安全漏洞、基于MQTT协议的遗嘱消息越权漏洞以及基于MQTT协议的动态权限漏洞,可以造成大规模的拒绝服务、远程控制设备以及设备虚假信息上报等攻击。基于以上安全风险和安全漏洞的发现,本文也给出了相应的防御建议。