Um Mecanismo de Proteção Contra a Previsibilidade de Informações em Pacotes

1. Um Mecanismo de Proteção Contra a Previsibilidade de Informações em Pacotes WTICG /SBSeg 2010 Bruno G. D’Ambrosio Eduardo Ferreira de Souza Paulo André da S. Gonçalves

2. Sumário • Motivação e Problemas Abordados • Mecanismo Proposto • Análise do Mecanismo Proposto • Conclusões e Trabalhos Futuros

3. Motivação • Algoritmos de criptografia são cruciais para segurança de diversos protocolos • Cifra por fluxo • Cifra por blocos Blocos de 3 bytes

4. Motivação • Protocolos de segurança para redes IEEE 802.11 • WEP – RC4 (cifra por fluxo) • WPA – RC4 (cifra por fluxo) • IEEE 802.11i (WPA2) – AES (cifra por blocos) • O RC4 também é utilizado em protocolos como SSLe RDP

5. Motivação • Pacotes em texto-plano de vários protocolos possuem informações previsíveis • Pacotes têm sempre o mesmo tamanho ou o tamanho varia muito pouco • Parte do conteúdo dos pacotes é sempre igual ou é possível adivinhá-la • E quando esses pacotes são cifrados? • O tamanho pode revelar de qual protocolo é o pacote em texto-plano • Exemplos • Pacotes de tamanho reduzido e/ou com porções pouco variáveis • ARP • TCP (SYN, ACK, RST e FYN) • DNS

6. Motivação: A Previsibilidade do ARP • Pacotes ARP considerando o uso de redes Ethernet e do protocolo IPv4 • Tamanho fixo (28 bytes)

7. Motivação: A Previsibilidade do ARP • Pacotes ARP quando encapsulados em um quadro IEEE 802.11 e usam o protocolo IPv4 • 8 primeiros bytes são fixos e pertencem ao cabeçalho LLC/SNAP do IEEE 802.11 (AA:AA:03:00:00:00:08:06) • 8 bytes seguintes também são fixos • Se requisição ARP: (00:01:08:00:06:04:00:01) • Se resposta ARP: (00:01:08:00:06:04:00:02)

8. Motivação • O tamanho de certos tipos de pacotes criptografados releva informações importantes a um atacante • O tipo do pacote em texto-plano (e.g. ARP) • Possível parte do conteúdo em texto-plano • Mas o que fazer com isso? • Existência de diversos ataques baseados nessas previsibilidades! • Ataques podem comprometer completamente a segurança de uma rede seja ela cabeada ou sem fio

9. Motivação: Explorando a Previsibilidade de Informações em Pacotes em Redes IEEE 802.11 • Ataque PTW (2007) - WEP • Captura pacotes ARP(tamanho e conteúdo previsíveis) • Descobre os primeiros bytes da keystream • Descobre a chave de criptografia do WEP keystream RC4 Chave WEP Texto-Plano Texto-Cifrado

10. Motivação: Explorando a Previsibilidade de Informações em Pacotes em Redes IEEE 802.11 • Ataque Beck-Tews(2009) - WPA • Captura pacotes ARP (tamanho e conteúdo previsíveis) • Decifra restante do conteúdo desconhecido (ataque do tipo chopchop adaptado) • Obtém a chave de verificação de integridade de pacotes • Permite forjar alguns pacotes e enviá-los como legítimos aos clientes da rede! Novos ataques podem ser criados! • Ataque Ohigashi e Morii(2009) - WPA • Extensão do ataque Beck-Tews • Pode usar também a previsibilidade de pacotes DNS • Permite forjar alguns pacotes e enviá-los como legítimos aos clientes da rede! Novos ataques podem ser criados!

11. Problemas • O tamanho de certos tipos de pacotes criptografados releva informações importantes a um atacante • O tipo do pacote em texto-plano (e.g. ARP) • Possível parte do conteúdo em texto-plano • Como evitar a previsibilidade de informações em pacotes e, em consequência, evitar os mais diversos ataques que exploram isso?

12. Mecanismo Proposto • Tem por objetivo evitar que o conteúdo dos pacotes trafegue de modo previsível • Como? Uso de técnica criptográfica para a inserção de bytes falsos (dummy bytes) em posições aleatórias nos pacotes • Alteração das características previsíveis do pacote • Modificação do tamanho • Atua antes do pacote ser cifrado pelo protocolo de segurança e depois de ser decifrado por ele

13. Mecanismo Proposto • Denominado Eliminador de Previsibilidade de Pacotes (EPP) • Utiliza um algoritmo criptográfico do tipo HMAC • Geração da quantidade de dummy bytesa serem inseridos e de suas respectivas posições • Possui dois procedimentos principais • Inserção e Remoção de bytes

14. EPP - Procedimento de Inserção Chave Pacote Modificado Tamanho Original Módulo Gerador (Hash) Módulo Montador “LenghtRandomization Procedure” Semente Tamanho Protocolo de Segurança Pacote Original O EPP pode ser configurado para inserir um número mínimo pré-determinado de dummy bytes

15. EPP - Procedimento de Remoção Pacote Modificado Tamanho Original Protocolo de Segurança Módulo Removedor Pacote Original Chave Módulo Gerador (Hash) “LenghtRandomization Procedure” Semente

16. Implantação do EPP em redes IEEE 802.11 • Tudo o que o EPP precisa já é oferecido pelos protocolos WPA e WPA2 • Utiliza as chaves de cifra dos protocolos WPA e WPA2 como chave de geração dos dummy bytes • Usa contador de pacotes existente nos protocolos WPA e WPA2 como semente • Utiliza a função HMAC-SHA-1 já utilizada pelos protocolos WPA e WPA2

17. Implantação do EPP em redes IEEE 802.11 • Cifra por fluxo X cifra por blocos • Para o WPA • Permite evitaros ataques Beck-Tews e Ohigashi-Morii • Para o IEEE 802.11i • Necessidade de funcionamento diferenciado (para blocos) • Pode prevenir ataques futuros • A aplicabilidade do EPP não se limita a redes IEEE 802.11 !

18. Controle de Overhead no EPP • Captura de tráfego na rede do CIn/UFPE • Mais de 25% dos pacotes com tamanho entre 26 e 42 bytes • ACKs do TCP (40 bytes) • ARPs (28 bytes) • Como minimizar o overheadglobal do EPP? • Quanto maior o tamanho do pacote, menor o percentual de dummy bytes inseridos • Maior proteção para os pacotes pequenos (mais vulneráveis)

19. Segurança do EPP • Eficácia contra ataques de adivinhação do tipo de pacote criptografado • Depende do tipo de cifra usada • Depende do número mínimo de dummybytes inserido • Depende da dificuldade de se conhecer tal número já que está criptografado • Exemplo • Uso de cifra de fluxo • Apenas 1 dummybyte é inserido em pacote de 28 bytes (29 bytes) • adivinhação fácil • 10 dummybytes inseridos em pacote de 28 bytes (38 bytes) • se atacante por acaso acertar o tipo de pacote e a quantidade de dummy bytes, precisa analisar mais de 472 milhões de pacotes possíveis e “acertar” qual é o real

20. Segurança do EPP • Resistência contra outros ataques • Depende da segurança do algoritmo HMAC • Depende da dificuldade de se encontrar as chaves do protocolo de segurança • Passphrasemenor que 20 caracteres no WPA e no WPA2 permite ataque de dicionário para recuperação das chaves (vulnerabilidade do usuário/administrador e não do protocolo)

21. Conclusões e Trabalhos Futuros • Previsibilidade de informações em pacotesgera riscos à segurança • Redes IEEE 802.11 são as mais afetadas por esse tipo de ataque • O EPP permite eliminar a previsibilidade de tamanho e conteúdo dos pacotes através da inserção de dummy bytes

22. Conclusões e Trabalhos Futuros • O EPP pode ser usado em conjunto com protocolos de segurança em meio guiado e meio sem fio • O EPP pode potencialmente evitar vários ataques futuros • Trabalhos Futuros • Análises sobre a quantidade mínima adequada de dummy bytes a ser inserida para garantir a eficácia do EPP • Implantação junto a outros protocolos

23. OBRIGADO Bruno G. D’Ambrosio Eduardo Ferreira de Souza Paulo André da S. Gonçalves efs@cin.ufpe.br