玩转无线电 -- 温哥华天车 RFID 票务系统

0x00 前言

如今物联网 RFID系统已经完全融入了我们的生活当中. 从楼宇门禁到 Apple Pay. 可以说其身影是无处不在.很多网友也分享了自己对RFID系统的安全测试心得.不过大多还是基于门禁卡和 Mifare-Classic 而言. 实际上在 Mifare 系列的大家族中还有着许多其他类别. 比如 Mifare-DESFire 和本文的主角 Mifare-Ultralight.

温哥华交通公司Translink 在 2015年开始逐渐淘汰老旧的打印票务系统. 并全面推广RFID为基础的票务系统, 并为其取名为 Compass. 此系统为了方便不同乘客的需要, 使用了Mifare-DESFire 作为月票卡. 同时还以Mifare-Ultralight 作为一次性车票.因 Mifare-Ultralight 成本低廉, 使其成为车票的不二之选. 但也正是为了节省成本, 其安全性近乎于零. 它的天生残疾为攻击者打开了一道方便之门.本文将以此轻轨RFID 票务系统为例, 跟大家一起来场RFID 系统的探索之旅.

0x01 Mifare-Ultralight 简介

Mifare-Ultralight 是 NXP 公司出品的众多Mifare系列中的一款. 其同样工作在 13.56 Mhz. 但跟它的老大哥 Mifare-Classic 不同的是, 它并无使用任何加密, 其数据内容是可以任意访问的. 因为造价低廉很多需要一次性门票的场合都将其作为首选.比如 2006 的世界杯比赛.其数据结构非常简单明了. 总共 64 bytes. 分为16 个区, 每个区为4 bytes. 而 4 - 15 区通常会用于数据存储, 存有时间; 入口和站台名等. 值得一提的是此区可任意读写无需认证哦. ;)

UID区

其 UID 区在默认情况下是不可写的. 占有 9 个 bytes, 但只有 7 个bytes 作为 UID 使用. 比如 “ 04 e2 a8 c6 ba e2 43 80 9b ” 其中只有 04 e2 a8 ba e2 43 80 被识别为UID, 而 c6 和 9b 是作为校验值 Check Bytes 存在的.

OTP 区

前面提到Ultralight 的安全性近乎于零, 是因为它设有这个One time programmable 区. 整个区分为 4 bytes, 默认数值为 00 00 00 00. 通常将其作为为车票的计数器使用. 通过 01 对每个 bits 进行 OR 不可逆运算. 直到 00 全部用完车票作废.不过这个OTP 也是可以通过激活 Lock Byte 来 bypass. 因为 Compass 系统并无使用OTP , 所以无做此测试.

0x02 实战测试 — Single Fare Reset Attack

需要事先声明整个测试过程使用的是预先支付的车票. 并仅是在车站入口处测试了 Reset 攻击, 并无实际逃票行为. 所以不要担心会发生被请喝茶的悲剧. 而且在下也反对滥用此类技术来做坏事... :p

其实整个攻击过程非常简单. 因为Data 区可任意读写无需认证. 所以我们可以事先 dump 出 Compass 车票的原始数据. 等车票过期无法使用后, 用手机 APP 将原始数据写回车票. 从而实现 Reset 攻击, 达到系统绕过目的. :) 整个攻击过程出奇的简单对吗? 而从 Translink 的角度来看, 又有哪些防御方案呢? 其实 NXP 公司早就提供了3DES加密的 MIFARE Ultralight C. 不知道为什么 Translink 在系统设计之初不考虑呢?

0x03 总结

最后要感谢在整个研究过程中提供过帮助的弟兄们. 同时在下认为系统安全加固, 有时也取决于自身对问题的态度. 出了问题不积极修复, 却试图将问题隐藏. 并寄希望于掌握了解方法的人越少越好. 这是十分不明智的处理态度.

在这里强烈鄙视温哥华交通公司 TransLink. 在漏洞曝光后明知系统存在隐患的情况下仍放任不理. 当记者采访时还摆出一副有种你咬我的嘴脸. 那好吧 May the luck be with you…FXXK YOU…Now we all know how to hack you..

0x04 参考文献

• http://www.nxp.com/documents/data_sheet/MF0ICU1.pdf
• https://www.youtube.com/watch?v=Czvn4L1r6f4(Building safe NFC system --30c3)
• http://www.cbc.ca/news/canada/british-columbia/compass-ticket-hack-1.3535955
• http://bc.ctvnews.ca/security-flaw-lets-smartphone-users-hack-transit-gates-1.2852464
• https://www.nccgroup.trust/us/about-us/newsroom-and-events/blog/2012/september/ultrareset-bypassing-nfc-access-control-with-your-smartphone/