当地铁遇上黑客

本文的目的是分享地铁系统的渗透测试思路，而不是成为地铁非法入侵犯罪的呈堂证据。

——爱因斯坦

本文将介绍到的内容包括：

• 复制已充值的地铁卡

• 逆向磁条卡

• 破解RFID卡

• 使用软件无线电嗅探敏感信息

• 使用FPGA来暴力破解

• 攻击自动售票系统

• 社会工程

• 黑客战车！

注：文中所有内容仅供学习研究之用，切勿用于非法用途，否则你就摊上大事儿了！

零、概述

译注：波士顿地铁于1897年建成并投入使用。地铁在英国称为Tube,法国人叫Metro,美国人则说Subway,但在波士顿是以英文字母"T"字为代表的，地铁月票也叫TPass,街道上那大大的T字牌就是地铁站标志。

壹、物理攻击

常常能找到本应该锁好的各种敞开的大门

到处都能发现没关上的旋转门控制箱

穿过窗户还能够偷拍到工作人员的电脑屏幕

随处可见随意放置在未上锁工具箱里的钥匙

号称最先进的监控系统总是无人值守

含有敏感信息的资料可以轻易被游客接触到

我们可以利用这些资料伪造员工卡

上万能的x宝（老外喜欢用ebay）还能买到很多有趣的社工装备

贰、黑掉磁条卡

1、选择一款合适的磁条卡读写硬件

• 成本在￥30块左右

• 自制读卡器

• 可读取3磁道
  

• 制作方法：stripesnoop.sourceforge.net

• 成本在￥900块左右

• Spark Fun 电子公司产品
  

• 支持3磁道、支持低矫顽力（lo-co）

• 源码可下载

• 成本￥2000块左右

• MSR206或者MAKStripe

• 支持3磁道、支持高/低矫顽力（hi-co/lo-co）

• 基于GPL协议工作

2、Charlie Ticket

译注：Charlie Card和Charlie Ticket是MBTA（地铁）的交通卡，可以用来在波士顿地区乘坐地铁、公交以及部分轮渡。两种交通卡都可以直接在各大地铁站的售票机购买。

获取到磁条卡内部数据以后，如果该卡是充值过的，那我们就可以通过复制卡的手段来免费畅游地铁了！

其实到这一步light教授已经觉得挺满足了，但是脑海里突然浮现出儿时小伙伴钢铁侠的英俊面孔：

咳，咳......摇滚精神告诉我，我们不应该止步于此！接下来我们看看如何进一步突破。

3、逆向Charlie Ticket 磁条卡

说到逆向工程，似乎谁都会两下，但基于目前的情况我们该如何下手呢？

• 1、猜测数据中每一段的含义

• 2、改变单一变量，观察有什么变化

• 3、反复多次以上步骤来确认数据含义

• 4、对相似的、不相似的数据都进行比较

• 5、忽略恒定不变的区域

• 6、构建和使用工具辅助

通过分离变量法定位单一变量：

• 根据变量对数据分组

• 忽略各组之间全局相同的数据

• 忽略组内的数据差异

4、伪造一张Charlie Ticket 磁条卡

对我们最关注的金额数据部分进行修改，并记得修改最后的校验值

成功刷入

磁条卡逆向工程框架图

一个磁条卡逆向工程的工具包应该包含：

• python编写的用于分析磁条卡的库

• 集成的MSR206读写器

• 帮助组织数据的图形化界面

总结

美国绝大部分的地铁售检票系统来自两家主要提供商：

• Scheidt & Bachmann  他们制作了波士顿T卡，覆盖旧金山、巴特、长岛铁路、西雅图Sound Transit、伦敦Silverlink等系统；

• Cubic Transportation  他们制作了NYC MTA卡，覆盖纽约、华盛顿、哥伦比亚WMATA、芝加哥CTA、上海地铁等系统。

这些地铁卡到底能不能被我们破解和逆向，黑客与地铁究竟还能碰撞出哪些火花？请喝口水继续阅读。

叁、攻击RFID卡

1、了解RFID卡

典型的MIFARE卡特性有：

• 13.56MHz的RFID智能卡

• 端至端专有的“密码”（Crypto-1）

• 1K内存和存储卡中的唯一标识符

• 超过500万个标签使用

Crypto-1加密算法分析：

Crypto-1加密算法于2007年由弗吉尼亚州大学的Karsten Nohl成功逆向

• 蚀刻并采用高性能的硅片检查图像

• 发现并重建加密部分

• 在加密和实施过程中找到漏洞

虽然MIFARE卡采用了一定的安全机制，但是由于加密强度不足等问题，导致我们依然有机会攻破之。

2、选择一款合适的读写卡硬件

• 成本在￥300块左右

• 支持MIFARE RFID读取/写入

• 源代码可获得

• 用起来有点不好用

• 成本在￥1300块左右

• OpenPCD+ OpenPICC

• 开放式设计的13.56MHz RFID读写器+模拟器

• 免费原理图可用（www.openpcd.org）

• 成本在￥4200左右
  

• USRP

• 支持信号输入/输出完全控制

• 可以结合GNU无线电和自定义插件使用

USRP高清玉照：

卡与读卡器的通信频率图示：

3、GNU无线电RFID工具链

RFID频率

• 接收器#1：13.56MHz 

• 接收器#2：12.71MHz

charlie磁卡与读卡器的快速傅里叶变换(FFT)算法波形：

带通滤波器的宽度为400 kHz，我们将它加入波形图：

得到13.56MHz读卡器向卡片进行信号传输时的波形：

得到12.71MHz卡片向读卡器进行信号传输时的波形：

接着经过调制解调、解码器解码，我们得到完整的GNU无线电RFID工具链：

4、MIFARE卡的攻击

目标：获得密钥（可以用来克隆卡）

暴力破解

• 嗅探握手包并使用FPGA破解密钥。

• 通过滤波器功能的弱点减少密钥空间。

• 可以参考：www.cs.virginia.edu/~kn5f/  Mifare.Cryptanalysis.htm

操纵PRG时机

• “随机”挑战取决于时钟周期，实际上是非随机的。

代数攻击

• 写加密-1作为多元二次方程系统

• 结合嗅探数据，转换为SAT，然后用它解决SAT-求解

如果尝试其他方式全都失败的话，那就暴力破解之！因为FPGA暴破是速度最快的解决方案，没有之一！

微处理器：

• 通用设备

• 有限指令集

• 1-8并行数

FPGA：（现场可编程门阵列）

• 专用逻辑

• 硬件描述

• 数以百计的并行数

KwickBreak FPGA 暴力破解器流程图：

（通过解析已知明文来恢复出密钥）

KwickBreak GUI 软件:

编写一个简单的XOR模块：

执行：

最后只要在Xilinx ISE创建一个新的项目，载入的文件，并合成。

完成！

肆、网络层攻击

网络层安全性探索

• 地铁站和地铁办公室进行现场调查（没有找到开放的wifi）

• 进行无线设备审计

• 探索无人防守的网络交换机

发现未上锁机房中的光纤交换机（连接自动售检票系统与内部网络）

社会工程

执行“幻影会议”攻击：

我们自然的走进地铁内部办公室和会议室，物理接触到内部网络与计算机设备，整个过程没有工作人员质疑和询问......

伍、黑客战车（WarCart）

打造一款走哪儿黑哪儿的全副武装的黑客战车（译注：light教授表示这已经踏入了行为艺术的范畴...）

我们打算把它推倒波士顿地铁总部去大干一番：

战车还自带烟雾弹功能：

结果在半路被警察叔叔拦下来了.....

为了避免被警察叔叔当做恐怖分子抓起来，成为第二天报纸的头条，我们只好各自回家吃饭去。

陆、总结

总结整个地铁系统渗透过程，内容包括：

1. 渗透物理安全漏洞

2. 逆向工程 CharlieTicket

3. 编写代码来分析和伪造 magcards

4. 写一个工具链分析13.56MHz的RFID，使用USRP+ gnuradio进行数据传输

5. MIFARE 典型磁卡的攻击

6. 写一个暴力破解器并使用FPGA破解密钥

7. 转换MQ为SAT，然后用它解决SAT-求解

8. 编写代码来读取和克隆MIFARE卡密钥数据

—— 感谢观看 ——

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注：本文基于Defcon2008议题《Anatomy of a Subway Hack》（作者：Russell Ryan、Zack Anderson、Alessandro Chiesa）翻译和整理

翻译作者：whitecell-club.org  light

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本文始发于微信公众号（WhiteCellClub）：当地铁遇上黑客