5G通信挑戰(zhàn)：黑客可破壞VoLTE語(yǔ)音呼叫加密并監(jiān)聽通話

學(xué)術(shù)研究人員（此前曾于今年早些時(shí)候揭露4G LTE和5G網(wǎng)絡(luò)中嚴(yán)重安全問題）在最近又提出了名為ReVoLTE的新攻擊，該攻擊使遠(yuǎn)程攻擊者破壞VoLTE語(yǔ)音呼叫加密并與此同時(shí)會(huì)監(jiān)視目標(biāo)電話的通話。

該攻擊并未利用LTE語(yǔ)音（VoLTE）協(xié)議中的任何漏洞;而實(shí)際上它實(shí)利用了大多數(shù)電信提供商的LTE移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的安全弱項(xiàng)，從而使攻擊者能夠竊聽目標(biāo)受害者的加密電話。

VoLTE或長(zhǎng)期演進(jìn)語(yǔ)音協(xié)議是用于移動(dòng)電話和數(shù)據(jù)終端（包括物聯(lián)網(wǎng)IoT設(shè)備和可穿戴設(shè)備）的標(biāo)準(zhǔn)高速無(wú)線通信，其部署了4G LTE無(wú)線電接入技術(shù)。

問題的關(guān)鍵在于，大多數(shù)移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商通通常在一個(gè)無(wú)線連接中對(duì)兩個(gè)后續(xù)調(diào)用使用相同的密鑰流，達(dá)到加密同一基站之間的語(yǔ)音數(shù)據(jù)、移動(dòng)電話的目的。

因此，新的ReVoLTE攻擊利用了易受攻擊的基站對(duì)相同密鑰流的重用，從而使攻擊者可以解密VoLTE的語(yǔ)音呼叫的內(nèi)容。

但是，重用可預(yù)測(cè)的密鑰流并不是第一次被提出，它最初是由Raza&Lu指出的，但是ReVoLTE攻擊將這一理論付諸了實(shí)際：將其轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)生活中的攻擊。

ReVoLTE攻擊原理？

要發(fā)起此攻擊，攻擊者必須與受害人連接到同一基站，并放置下下行嗅探器監(jiān)測(cè)，以監(jiān)視和記錄受害人對(duì)以后需要解密的其他人的“定向呼叫”，這是攻擊的一部分。這是ReVoLTE攻擊的第一階段。

一旦受害者掛斷了“目標(biāo)呼叫”，攻擊者會(huì)立即呼叫受害者，通常在10秒內(nèi)，這將迫使脆弱的網(wǎng)絡(luò)在受害者和攻擊者之間啟動(dòng)一個(gè)新的呼叫，與前一個(gè)目標(biāo)呼叫使用的無(wú)線電連接相同。

“當(dāng)目標(biāo)和密鑰流調(diào)用使用相同的用戶平面加密密鑰時(shí)，就會(huì)發(fā)生密鑰流重用。由于該密鑰會(huì)針對(duì)每一個(gè)新的無(wú)線電連接進(jìn)行更新，攻擊者必須確保在目標(biāo)呼叫之后，密鑰流呼叫的第一個(gè)包到達(dá)活動(dòng)階段，”研究人員說(shuō)。

連接之后，作為第二階段的一部分，需要讓受害者參與攻擊者的對(duì)話并以明文記錄，這將幫助攻擊者稍后反向計(jì)算后續(xù)調(diào)用使用的密鑰流。

根據(jù)研究人員的說(shuō)法，將密鑰流與在第一階段中捕獲的目標(biāo)呼叫的相應(yīng)加密幀進(jìn)行異或運(yùn)算（XOR-ing，相同即歸零運(yùn)算），將其內(nèi)容解密，從而使攻擊者能夠收聽受害者在上一個(gè)電話中進(jìn)行的交談。

論文說(shuō)：“由于產(chǎn)生了相同的密鑰流，因此所有RTP數(shù)據(jù)都以與目標(biāo)呼叫的語(yǔ)音數(shù)據(jù)相同的方式進(jìn)行加密。一旦生成足夠數(shù)量的密鑰流數(shù)據(jù)，對(duì)方就會(huì)取消呼叫。”

但是，為了對(duì)每一幀進(jìn)行解密，第二次調(diào)用的長(zhǎng)度應(yīng)大于或等于第一次調(diào)用的長(zhǎng)度;否則，它只能解密對(duì)話的一部分。

該論文寫道：“重要的是要注意，攻擊者必須讓受害者參與更長(zhǎng)的談話。與受害者交談的時(shí)間越長(zhǎng)，攻擊者可以解密的通信內(nèi)容就越多?！?/p>

“每個(gè)幀都與一個(gè)計(jì)數(shù)有關(guān)聯(lián)，并使用我們?cè)诿荑€流計(jì)算過程中提取的單個(gè)密鑰流進(jìn)行加密。由于相同的計(jì)數(shù)會(huì)生成相同的密鑰流，因此該計(jì)數(shù)會(huì)將密鑰流與目標(biāo)調(diào)用的加密幀進(jìn)行同步。相應(yīng)的加密幀將目標(biāo)呼叫解密?！?/p>

“由于我們的目標(biāo)是解密完整的調(diào)用，密鑰流調(diào)用必須與目標(biāo)調(diào)用一樣長(zhǎng)，提供足夠數(shù)量的數(shù)據(jù)包，否則我們只能解密部分對(duì)話。”

檢測(cè)ReVoLTE攻擊并進(jìn)行演示

為了證明ReVoLTE攻擊的實(shí)際可行性，來(lái)自波魯爾大學(xué)的學(xué)者團(tuán)隊(duì)在一個(gè)易受攻擊的商業(yè)電話網(wǎng)絡(luò)實(shí)施了端到端的攻擊版本。

該小組使用軟件無(wú)線電系統(tǒng)的下行分析器Airscope來(lái)嗅探加密通信，并使用三部基于Android的手機(jī)來(lái)獲取攻擊者手機(jī)的已知明文。然后，它比較了兩個(gè)錄制的對(duì)話，確定了加密密鑰，最后解密了之前通話的一部分。

據(jù)研究人員的說(shuō)法，攻擊者用于設(shè)置攻擊并最終解密下行流量的費(fèi)用可能不到7000美元。

研究小組在德國(guó)隨機(jī)選取了一些無(wú)線基站進(jìn)行測(cè)試，以確定問題的范圍，發(fā)現(xiàn)德國(guó)15個(gè)基站中有12個(gè)受到影響，但研究人員表示，安全漏洞也會(huì)影響其他國(guó)家。

研究人員于2019年12月初通過GSMA協(xié)調(diào)漏洞披露程序通知了受影響的德國(guó)基站運(yùn)營(yíng)商有關(guān)ReVoLTE攻擊的信息，運(yùn)營(yíng)商在報(bào)告發(fā)布前成功部署了補(bǔ)丁。

由于該問題還影響著全球范圍內(nèi)的大量提供商，研究人員發(fā)布了一個(gè)名為“ 移動(dòng)哨兵”（Mobile Sentinel）的開源Android應(yīng)用程序，您可以使用該應(yīng)用程序檢測(cè)其4G網(wǎng)絡(luò)和基站是否容易受到ReVoLTE攻擊。

研究人員-RUB大學(xué)波鴻分校的David Rupprecht，Katharina Kohls和Thorsten Holz和紐約大學(xué)阿布扎比分校的ChristinaP?pper也發(fā)布了專門的網(wǎng)站和研究論文PDF：

標(biāo)題為“ 打電話來(lái)黑我呀：如何用REVOLTE竊聽加密的LTE電話”，詳細(xì)介紹了ReVoLTE攻擊。