Sicherheit von NFC-basierten Anwendungen auf Smartphone Betriebssystemen Bachelorarbeit

91 Pages·2013·0.92 MB·German

Sicherheit von NFC-basierten
Anwendungen auf Smartphone
Betriebssystemen
Bachelorarbeit
an der Hochschule Ulm
Fakult¨at Informatik
Studiengang Technische Informatik
Vorgelegt von
Stefan Cepcik
Oktober 2013
1. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Markus Sch¨affter
2. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Stefan Traub
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Eigenst¨andigkeitserkl¨arung
Hiermit erkl¨are ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbstst¨andig und ohne fremde Hil-
fe verfasst und keine anderen als die im Literaturverzeichnis angegebenen Hilfsmittel
verwendet habe. Insbesondere versichere ich, dass ich alle w¨ortlichen und sinngem¨aßen
U¨bernahmen aus anderen Werken als solche kenntlich gemacht und mit genauer Quel-
lenangabe dargelegt habe.
Ulm, den 4. Oktober 2013 Stefan Cepcik
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Abstract
ModereSmartphonesunterstu¨tzenNearFieldCommunication,NFC,d.h.die
direkte und drahtlose Kommunikation mit anderen NFC Ger¨aten und Tags.
Diesbringtfu¨rdenAnwendereinenGewinnanBedienkomfortmitsich,daso
eine Kommunikationsverbindung zu anderen Ger¨aten alleine durch beru¨hren
derbeidenGer¨atehergestelltwerdenkann.Dochh¨aufigbedeutetderGewinn
anKomfortgleichzeitigeinenVerlustanSicherheit.SomitwerdendurchNFC
neue Angriffe m¨oglich, etwa durch Social Engineering. Die vorliegende Ar-
beit beschreibt ein Konzept fu¨r einen sicheren Informationsaustausch unter
Beru¨cksichtigung der Gef¨ahrdung beim Einsatz von NFC als auch des Si-
cherheitsmodells des Smartphone Betriebssystems Windows Phone 8. Dieses
Konzept sieht zun¨achst das Hardcoden des Public Key des Readers in der
Smartphone App vor, damit dieser nicht u¨ber einen ungesicherten Kommu-
nikationskanal u¨bertragen werden muss. Als n¨achstes zeigt der Reader einen
Code am Bildschirm an, den der Anwender in die App eingeben muss, da-
mit der Public Key der App sicher an den Reader u¨bertragen werden kann.
DaraufhinwerdendieDiffie-Hellman-Teilgeheimnissedigitalsigniertundaus-
getauscht. Anschließend erzeugen beide den geheimen Schlu¨ssel und setzen
die Kommunikation mit einer symmetrischen Verschlu¨sselung fort. Dieses
Konzept wird in der Implementierung dieser Arbeit nahezu vollst¨andig um-
gesetzt.
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Danksagung
An dieser Stelle m¨ochte ich mich zun¨achst bei Herrn Prof. Dr. Markus Sch¨affter be-
danken. Ihr kontinuierliches Feedback, die h¨aufigen Treffen und Diskussionen haben mir
geholfen aus dieser Arbeit das zu machen, was daraus geworden ist. Wie Sie neulich
selbst sagten, ging ich h¨aufig mit mehr Ideen heim, als ich mit Fragen gekommen bin.
Vielen Dank hierfu¨r!
Ein Dankesch¨on geht ebenfalls an meinen Kommilitonen Michael Schreiber fu¨r die Un-
terstu¨tzung rund um das Betriebssystem Android.
Ein besonderer Dank geht auch an Erich Beer und Benjamin Schanzel fu¨r die inve-
stierte Zeit fu¨r das Korrekturlesen.
Danken m¨ochte ich auch meinen Eltern an dieser Stelle, die mich w¨ahrend meiner Schu-
lischen Laufbahn immer wieder darauf hingewiesen haben, wie wichtig Bildung ist. Wo
ich heute ohne euren positiven Einfluss stehen wu¨rde, kann ich nicht sagen. Danke!
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
2 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.1 ISO/IEC 14443 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.1.2 NFCIP-1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.1.3 NDEF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
2.2 Communication Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.2.1 Active Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2.2 Passive Mode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 Handshake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4 Operating Modes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.1 Reader/Writer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.2 Peer-To-Peer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4.3 Card Emulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
3 Sicherheitsanalyse von NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.1 Eavesdropping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3.2 Data Corruption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.3 Data Modification . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.4 Data Insertion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.5 Man-In-The-Middle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
4 Smartphone Betriebssysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.1 Sicherheitsmodell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4.2 Bezugsquellen von Apps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.3 App-zu-App-Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.4 Unterstu¨tzte NFC Standards. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.5 NFC-Inhalte in einer App empfangen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
5 Sicherheitsschwachstelle: Social Engineering . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
5.1 URI-Schema-U¨bernahme durch Schadsoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
5.2 Automatisches O¨ffnen von Apps u¨ber NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
5.3 NFCProxy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
5.3.1 Relay-Angriff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6 Aufbau eines sicheren Kanals u¨ber NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.1 Diffie-Hellman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
6.2 Sicherheitsanforderungen an das Smartphone Betriebssystem. . . . . . . . . 40
6.3 M¨oglicher Implementierungsansatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
6.3.1 Sichere U¨bertragung des generierten Public Keys der App . . . . . . . 41
6.3.2 Schlu¨sselaustausch u¨ber ECDH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
VIII
Inhaltsverzeichnis
7 Implementierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.1 Architektur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
7.2 Handshake . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
7.3 Schlu¨sselverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
7.4 Umsetzung der Peer-To-Peer Kommunikation . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
7.5 U¨bertragung des Teilgeheimnisses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
7.6 Digitales signieren der Teilgeheimnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
7.7 U¨bertragung einer verschlu¨sselten Nachricht . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
8 Zusammenfassung und Ausblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
IX