電子機器の改ざん検知技術
(anarsec.guide)- ノートPCやスマートフォンは、数分の物理的アクセスだけでキーロガーの設置、ストレージの複製、ファームウェアやソフトウェアの改ざんが可能なため、事後に痕跡を確認できる防御層が必要
- グリッター入りマニキュアによる封印は、ネジ上の固有のランダムパターンを写真に残し、ケースが開けられたかどうかを確認する方式で、ステッカー上よりもネジに直接塗るほうが安全
- 機密性の高い電子機器は、透明な箱と色の混ざった素材でモザイク保管を作り、Blink Comparisonで過去の写真と現在の状態を比較できる
- GrapheneOSのAuditor、Tails・Qubes OS環境のHeadsはファームウェアやソフトウェアの改ざん検知を補完するが、検知された機器は直ちに信頼対象から外すべき
- HavenのようなAndroidアプリや映像監視も併用すると、攻撃者が回避しなければならない層が増え、実務上はすべての層を最初から一貫して適用するのが最も安全
物理的アクセスが危険な理由
- 警察や攻撃者が電子機器に物理的にアクセスすると、短時間でもハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアのレベルで機器が損なわれる可能性がある
- 「Evil maid」攻撃は、攻撃者が暗号化されたノートPCやスマートフォンを一時的に確保した後、データを復号できなくてもデバイスを改ざんし、元の場所に戻す手法
- ユーザーが戻って認証情報を入力すると、攻撃が成功する可能性がある
- 可能な改ざんには、ハードドライブ上のデータ改変、ファームウェアの置き換え、ハードウェアキーロガーの設置が含まれる
- 多層防御とは、攻撃者が成功するには複数のセキュリティ層をすべて回避しなければならない構造を指す
グリッター入りマニキュアでネジを封印する
- 効果的な封印は、取り外しや交換時に痕跡が残り、攻撃者が複製しにくい固有のパターンを持つ必要がある
- グリッター入りマニキュアは複製しにくいランダムパターンを作ることができ、写真を撮っておけば後から除去や再塗布の有無を確認できる
- この手法は、2013年に発表されたThwarting Evil Maid Attacksで紹介された
- Mullvad VPNのようにネジの上にステッカーを貼り、その上にマニキュアを塗る方式は、独立テストで部分的にのみ適していると評価された
- 熟練度の高くない攻撃者でも、針やメスでステッカーの下を持ち上げ、ネジにアクセスできた
- 破れた封印部分は透明マニキュアで補修でき、多くのテストではそれすら必要なかった
- ステッカーの縁にある要素の数が重要で、剥がすと壊れる特殊な封印ステッカーのほうが適している可能性がある
- より良い方法は、ステッカーの上ではなくネジに直接グリッター入りマニキュアを塗ること
- NitroKeyとPurismのノートPCでは、この直接塗布方式が使われている
- ネジ穴が深すぎると、通常の条件では封印写真を撮りにくい
- 穴が浅かったり、マニキュアを入れすぎたりすると、上部を切り取って操作した後、透明マニキュアで貼り直される危険がある
- グリッター要素が少なすぎると、操作後に元の位置へ手作業で再配置される可能性がある
- 2018年のTamper Evident Challengeでは、グリッター入りマニキュアの封印が回避された事例があった
- 当時使われたマニキュアは、比較的大きなグリッターが2色だけ入った製品だった
- 皿ネジ穴に適用し、要素の密度を高めつつ厚く塗りすぎなければ、回避の難度は上がる
- 接着剤を併用すると、回避可能性はさらに下がる
写真比較と適用手順
- ランダムパターンの確認には、天文学で小さな変化を探す際に使われる**ブリンク比較（blink comparison）**方式を活用できる
- 元の写真と現在の写真を素早く交互に見ると、小さな変化がより見えやすくなる
- AndroidではBlink Comparisonアプリを使用できる
- アプリはストレージを暗号化し、攻撃者が写真を簡単に差し替えられないようにする
- 元画像と同じ角度・距離で比較用写真を撮れるよう支援し、画面をタッチすると2つの画像を交互に表示する
- Google Servicesを必要としないアプリとしてインストールできるが、F-Droid経由のインストール方式ではない
- ノートPCのネジに適用する場合、Headsファームウェアをインストールする予定なら先にインストールする必要がある
- 順序を逆にすると、マニキュアを除去して再適用しなければならない
- 実際の適用は次の流れで行う
- ノートPCの底面写真を撮り、GIMPのようなプログラムでネジに番号を付ける
- 例としてThinkPad X230には、番号を付けるネジが13本ある
- グリッターの色と大きさが多様なマニキュアを各ネジに直接塗る。ただし、グリッター要素は十分に入れ、厚く塗りすぎない
- 乾燥後、各ネジの近接写真をBlink Comparisonアプリまたは通常のカメラで撮る
- 再現可能な照明のため、窓のブラインドを閉め、室内照明とカメラのフラッシュに頼るのがよい
- 写真ファイル名に番号を付け、2つ目の保存先にバックアップする
- 後で内部アクセスのためにマニキュアを除去する必要がある場合は、注射器でリムーバーを塗布し、過剰な量で内部の電子部品を損傷しないようにする
機密機器の改ざん検知型保管
- 家を空けるときは、ノートPC、外付けドライブ、USB、スマートフォン、外付けキーボードやマウスなどの機密性の高い電子機器に改ざん検知型保管が必要
- 金庫は貴重品保護によく使われるが、さまざまな方法で回避される可能性があり、一部の回避は検知が難しい
- 金庫を改ざん検知型にすることは可能でも、簡単でも安価でもない
- より安価な方法として、前面が透明な箱に電子機器を入れ、色付きの混合物で覆ってモザイクを作る方法がある
- 箱は、衝撃や振動でモザイクが変わらないようタオルや衣服の上に置くことができる
- 保管前に見える面をすべて撮影し、安全な機器に保存するか、信頼できる人に暗号化・検証済みのチャネルで送ることができる
- 機器が汚れたり、素材がポートに入ったりしないよう、ラップや袋などで包むことができる
- 混合物の例には、赤レンズ豆とベルーガレンズ豆、黄色えんどう豆と白いんげん豆などがある
- ノートPCが入り、全面が透明な箱としては小さな水槽がよく合う
- 長期保管には真空封印を使える
- 保管写真を撮る機器にも別途セキュリティ上の考慮が必要
- 専用のHavenスマートフォンを使う場合、この機器はいずれにせよ保管箱の外に置くため、保管写真の撮影にも使える
- GrapheneOS機器があれば、写真を撮って家の中のどこかに隠せる
- カメラには暗号化がないため攻撃者が写真を改変しやすく、Blink Comparisonアプリも使えない
ファームウェアとソフトウェアの改ざん検知
- ハードウェアだけでなく、ソフトウェアとファームウェアも改ざん検知の対象
- 電子機器を信頼するには、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアのすべてを信頼する必要がある
- ソフトウェアやファームウェアの侵害は、物理的アクセスだけでなくインターネット経由のリモート攻撃でも発生し得る
- GrapheneOSでは、AuditorがファームウェアやOSソフトウェアの改ざん時に通知できる
- Auditorがリモート証明を実行すると、メールを受け取れる
- TailsまたはQubes OSでは、Headsが起動パスワード入力前に同様の役割を果たせる
- 対応機器でのみ使用できる
- インストールは高度な作業だが、使用自体は難しくない
- Heads USBセキュリティドングルは外出時に携帯し、予備のドングルは信頼できる友人の家に隠しておける
- AuditorやHeadsが改ざんを検知した場合、その機器は直ちに信頼できないデバイスとして扱うべき
- フォレンジック分析は侵害方法の把握に役立つ可能性がある
- Access Now’s Digital Security Helplineのようなサービスに連絡できるが、個人データの送信は推奨されない
物理的侵入の検知
- 物理的侵入の検知とは、攻撃者が空間に入る、または入ろうとする試みを検出するプロセス
- 映像監視システムには次の特性があり得る
- カメラが動きに反応し、検知や改ざん時に通知を送れる
- カメラを出入り口が見える位置や目立たない位置に置ける
- 空間内にいるときに監視されないよう、外出直前にオンにし、帰宅直後にオフにできる
- 改ざん検知型保管だけでは、隠し監視装置の設置のような侵入目的を見逃す可能性があるため、物理的侵入検知も併用するほうが安全
- HavenはFreedom of Press Foundationが開発したAndroidアプリで、マイク、モーションセンサー、照度センサー、カメラを使って部屋の変化を監視し、ログを残す
- 現在はメンテナンスされていない
- リモート通知は壊れている
- 多くの機器で信頼性が低い
- Havenが完全に動作するまでは、リモート通知を受け取れるよう映像監視システムも併用するのがよい
- これは侵入者がローカルログを改変する状況に備えるうえで重要
- クラウド経由で動作しないなど、プライバシー機能のあるモデルを選ぶ必要がある
- motionEye OSは動体検知のリモート通知をサポートするが、設定にはLinuxの知識が必要
Havenの運用方法
- Havenは専用の安価なAndroid機器で使うのがよい
- 古いPixelは安価でカメラが良く、HavenとBlink Comparisonの両方に有利
- 一部のモデルは今もGrapheneOSのサポート対象である可能性がある
- フルディスク暗号化を有効にする必要がある
- 別のスマートフォンがある場合、専用のHavenスマートフォンとは異なり、改ざん検知型保管箱の中で電源を切った状態で保管すべき
- メインスマートフォンでHavenを実行していて侵入者に発見されると、電源が入った状態の機器への物理的アクセスを許すことになる
- 実際の運用手順は次のとおり
- 侵入者が通らざるを得ない廊下や、保管箱へのアクセス経路が見える場所にHavenスマートフォンを置く
- バッテリー切れにならないよう電源に接続する
- 外出前にカウントダウンを設定してHavenをオンにする
- 現在リモート通知は動作しないため、Android機器にローカルログが保存される
- 帰宅後にHavenのログを確認する
複数の層を併用する流れ
- 上記の対策を併用すると、攻撃者は物理的侵入検知と改ざん検知型保管の両方を回避しなければならない
- 改ざん検知型保管の中でも、攻撃の種類によって確認ポイントは異なる
- ノートPCの開封が必要な攻撃には、グリッター入りマニキュアの封印が対応する
- ソフトウェアやファームウェアへの攻撃には、HeadsまたはAuditorが対応する
- 各層は重複しているように見えても重要で、層が増えるほど攻撃成功に必要な専門性とコストは大きく増加する
- 最良の方法は、傍受されにくい手段で新しい機器を入手し、最初からすべての層を一貫して適用すること
- 家を長時間無人にする場合は、次の順序が適している
- 電源を切った機器を改ざん検知型保管箱に入れる
- 必要な写真を撮る
- Havenを有効化する
- 帰宅後は侵入の痕跡から確認する
- まずHavenのログを確認する
- 次にBlink Comparisonで改ざん検知型保管の状態を確認する
- ノートPCのネジは、不審なことがあった場合に確認すればよい
- HeadsとAuditorは、設定後は正しく使うために大きな労力を必要としない
- Auditorはインタラクションなしで実行される
- Headsは起動プロセスの一部になる
金庫では十分でない理由
- 一部の金庫は希土類磁石でソレノイド式ロックを検知されずに開けられる
- Safe bouncingは、金庫を叩いたり弾ませたりしてロック機構を動かし、検知されずに開ける方式
- ギア機構を使う金庫は、機械的攻撃に比較的弱くない
- 多くの金庫モデルには管理用の初期化コードまたはtry-out combinationがある
- デフォルト値から変更していないと、検知されずに開けられる可能性がある
- Spikingは、リセットボタン、ソレノイド、モーターにつながる配線を露出させた後、バッテリーで突く方式
- 配線にアクセスする必要があるため、改ざん検知型にできる可能性がある
- ブルートフォース攻撃は、攻撃者に時間があれば可能
- ダイヤル式ロックは、監督なしで動作するコンピューター化された自動ダイヤラーで総当たりされる可能性がある
- 電子キーパッドは、適切に設計された段階的ロックアウト機能があれば、ブルートフォース攻撃に比較的強い
- Little Black BoxやPhoenixのようなツールは、電子ロックの組み合わせを自動的に取得またはリセットできる
- こうしたツールは、ロックやコンテナを損傷せずにアクセス可能な内部配線へ接続されることが多い
- 配線へのアクセスが必要なため、改ざん検知型にできる可能性がある
- キーパッドを利用した攻撃も複数あり、その一部は適切な運用上のセキュリティで緩和できる
1件のコメント
Hacker News の意見
数年前、この原理の一部を使って偽造医薬品を防ぐ仕事をしたことがある: https://www.nature.com/articles/s41598-022-11234-4
付け加えると、こうしたランダムなパターンの写真をデータベースに保存し、高速に検索できるテキストやそれに近い形式へ変換してくれるアルゴリズムへの需要は、まだ満たされていないと思う
Google Reverse Image Search のようなところで使われる画像類似度アルゴリズムも試したが、この用途にはあまり合わなかった。論文では、パターンを文字列の集合に変換する粗い自前アルゴリズムを作った。それなりに動くが、もっと良い方法はきっとあるはず
以前 MusicIP で働いていたが、そこは MusicBrainz が使っているフィンガープリントシステムを開発したところだと理解している
製造者側には、それが衝突なのか、ユーザーが同じ錠剤を2回確認しようとしているのか分からない気がする
カメラはどんどん小さく、安くなっている。TEMPEST / Van Eck phreaking により、隠しカメラを検出し位置を特定できる: https://www.usenix.org/system/files/sec24fall-prepub-357-zha...
スパイカメラの生映像のエンコードと圧縮は内蔵の読み書きメモリ上で行われ、この動作が電磁放射を発生させるという。ESauron は意図的にシーン変化を起こし、電磁放射の増加を検知してスパイカメラを見つける
50種類のカメラ製品を使った実験では、4回の刺激だけで100%の精度で検出し、障害物があっても検出距離は20mを超え得るうえ、位置も正確に特定できたという
論文も限界として、最新のスマートフォンは低消費電力DDR技術と内部 Faraday cage によって電磁放射の漏れを減らしており、この組み合わせのため現在の ESauron 試作機ではスマートフォンのカメラメモリからの電磁放射を検出するのがはるかに難しくなる、と認めている
最新の iOS の Brave を使っていて、Lockdown mode は6か月前からオンにしている。そのPDFには何か変なところがある
これに関連するDoD標準がある。主に SECRET 等級向けで、SECRET 資料の保管庫には改ざんの痕跡が残る必要があるが、攻撃耐性が極端に高い必要はない
ファイルキャビネットには、溶接・塗装された継ぎ目と良い錠前が必要。セキュリティファイルキャビネットをバールで開けることはできるが、損傷は明らかに残る。[1] の5.3.1ページ参照
U.S. Navy はラベル型シールを認めているが、セキュリティ性は “minimal” と評価している。[2] の6.3ページ参照。Defense Counterintelligence Agency にもセキュリティシールの指針があるが、おそらく古い資料だ
「残留物が残る改ざん防止シール」もある。剥がすと目立って汚くなり、バーコードのシリアル番号も付いている。十分な資源があり、アクセス時間が長く、事前にシールを確認して複製品を作れる攻撃者なら、剥がして交換することもできるだろうが、そういう脅威モデルならそもそも無人のノートPCに面白いものを置くべきではない
[1] https://www.nispom.org/NISPOMwithISLsMay2014.pdf
[2] https://exwc.navfac.navy.mil/Portals/88/Documents/EXWC/DoD_L...
[3] https://www.dcsa.mil/Portals/91/Documents/CTP/NAO/security_s...
[4] https://seals.com/security-tape-labels/?_bc_fsnf=1&Classific...
エンジンは取り外されていたが、取り付けブラケットと燃料・酸化剤タンクはそのままで、内部を見るにはソ連の刻印があるプラスチックシールの奥にある4口の電源コンセントを外す必要があった
宇宙船を発見時とまったく同じ状態に戻さなければならず、ソ連がシールの欠落に気づいたら終わりだった。CIAの車両が戻ってきたとき、中には完璧に偽造されたソ連のシールがあり、パネルを再び封印して盗みを隠すことができた
https://www.technologyreview.com/2021/01/28/1016867/lunik-ci...
米国政府でシールを無力化する主な能力はCIAにある
「改ざんの痕跡」メカニズムに初めて触れたのはアニメ Death Note だった
https://youtube.com/watch?v=zZBR9iQ7DRA3D
主人公はドアのラッチの高さ、ドアと壁の間の紙、ドアの蝶番に仕込んだシャープペンの芯など、いくつもの仕掛けを使う。封印が1つずれただけなら無視できるが、3つすべてが破れていたら誰かが部屋に入ったということ
子どもの頃、親や兄弟と暮らしていたときに紙のトリックを実際に使って、誰が入ってきて自分の物をあさったのか簡単に分かったし、偽の底を作った「秘密」の引き出しにはシャープペンの芯のトリックも使った
3つすべてが破れていれば家族のような未熟な侵入者で、1つは復元されているが残り2つが破れていれば警察のような熟練した侵入者という意味だった
1つはドアの後ろに水の入ったコップを置き、ドアが開くと、再現しにくい模様を描いておいたティッシュの上に水がこぼれるようにする方法だった。他の方法も話していたが忘れたし、シャープペンの芯のトリックが聞き覚えあるので、それだったのかもしれない
Snowden はアニメ好きとしても知られているので、その場面を見ていた可能性もある
文学よりも情報系の本が好きで、こういう本をものすごく読んだ。牛乳で文字を書いてレモンで浮かび上がらせる方法、靴ひものトリック、誰かを尾行する技術など、あらゆるコツが載っていて、冷戦が終わりかけていた90年代初頭のことだった
今でも私立探偵、スパイ、軍事情報、警察捜査のポッドキャストが好きだ。最後に聞いたのはオランダの政治家 Pim Fortuyn 殺害事件に関するもので、ほぼ現行犯で捕まった犯人が元大物犯罪者の隣に住んでいたという事実が警察報告書から抜けており、その元犯罪者は数年後にイスラム過激派の近くに住むようになった
そのため、彼が犯人に武器を渡したのか、それとも AIVD（当時の BVD）の情報提供者だったのかという疑問が生じ、ポッドキャスト制作中にその元犯罪者が死亡するという典型的なひねりまであった。結論は出なかったが、興味深い話だった
比較的新しい Roborock 掃除機を完全に掃除するため、分解しなければならなかった。犬の排泄物のかけらを見つけて、見事な惨状を作り出してしまったからだ
見えるネジを全部外しても底面カバーが外れず、後になって、プラスチックの充填材のように見えた穴が、実は最後のネジを覆うワックス封印だったことに気づいた。保証目的の簡単な改ざん確認方法のように見える
ヒートガンで改ざん防止ステッカーを温めて剥がした。その Xbox を買うために長いこと貯金していたので保証を失うわけにはいかず、幸い古典的なヒートガンのトリックでステッカーを破壊せずに済んだ
Microsoft は改ざんを防ぐためにセキュリティステッカーの製造費を払い、その機器は改ざんを防ぐために当時としては珍しくハイパーバイザーまで動かしていた
ところがネット上の誰かが、ヒートガンで温めてピンセットで慎重に剥がせばよいと見つけ出し、DVD ドライブのファームウェアを変更して、ロックされた「完全に安全な」OS に「はい、これは公式 Xbox 360 ディスクです」と報告させることができた
企業が保証を拒否できるのは、ユーザーが実際に損傷させた特定の項目についてだけだ。電子機器を開けるときに何も壊していないなら、なぜ保証を無効にするのか書面で示すよう求めればよい。おそらく「今回だけは対応します」と言ってくる可能性が高い
FTC もようやく、こうした警告を使う企業の取り締まりに乗り出している。Magnuson-Moss Warranty Act のおかげで、車両も本人や第三者が作業してもメーカー保証は無効にならない
このレベルのセキュリティが必要な人たちが、どんな仕事をしているのかもっと聞いてみたい
NSAがノートPCのネジをグリッター入りマニキュアで覆っているのか、CIAの秘密工作員やSOFがそうしているのか気になる
そもそもデバイスを守る物理セキュリティがないのに、この程度の秘匿性を必要とする人が誰なのか分からない
彼はサイバーセキュリティ報道をしており、一部の政府がスパイウェアを悪用して市民を監視する方法を扱っていた
こうしたセキュリティの対象は、政府の標的になり得るジャーナリストやサイバーセキュリティ研究者だと思う。他の職業の人たちも、自分をよりよく守るためにこの情報を使える
大規模な政府機関なら、こうした要件が不要になるシステムを設計する余力があるし、無人のデバイスに機密情報を置かない可能性も高い
2013年にEric Michaudとグリッター入りマニキュアの発表をしたのだけど、もう年を取った気分になる
Anna Merlan、Tim Marchman、404 Mediaの人たちもそうだろう。犯罪組織を取材していると、偏執的なくらい慎重になることがある
国境警備員が普通の人のノートPCでグリッターに覆われたネジを見たら、滞在期間中ずっとその人を注意深く見るべきだという合図になり得る
侵入検知スイッチがTPMと連携するメーカー機能もすべて使っているが、それ以外の改ざん防止も追加している
これらのサーバーで何をしているのか詳しくは言わないが、サーバーにアクセスできる場所にグリッター入りエポキシやその他の厄介な封印を付けることが、物理的保護機能の一部になっている
Sean Conneryが出ていた昔のJames Bond映画を思い出す。髪の毛を1本抜き、指に唾を付けてホテルの部屋のドアに貼って封印し、あとで誰かが部屋に入ったかどうか分かるようにしていた
Framework Laptopのことを考えるとき、この問題を何度も思い浮かべた。側面ポートの1つをキーロガーのような悪意あるバージョンに差し替えるのがどれほど簡単か、そしてユーザーはまったく気づかないかもしれない
違いは、攻撃者が新しいケースにグリッターパターン全体をコピーしなければならない点だ。あるいは既存のケースを開ける必要があるので、それにも痕跡が残るようにしなければならない。実際にそれらのモジュールがどれほど開けやすいのかはよく分からない
この記事がうれしいのは、今日では法執行機関や情報機関が実際にこういうやり方をしているからだ
昔のフランスDCRI、現在のDGSIが、私のノートPCに違法にハードウェアキーロガーを仕込んだ。materiel.netでオンライン購入したとき、配送される前に取り付けられたのだと思う
私の頭の中では100%確信している。こうした露見の可能性があると思うなら、ノートPCやハードウェアは絶対にオンラインで買わず、店舗で買うべきだ
面白半分と概念実証のために、これがどれほど簡単に可能かを示そうと、ノートPC用のハードウェアキーロガーを作ることも考えていた
この方式は、“evil maid”のような可能性の低いシナリオのためにSecure Boot云々を言うより、はるかにあり得そうに見える
私の知人で、Windowsが大騒ぎして理由もなくBitLockerキーを要求してきたときに「私のノートPCが改ざんされたんだ！」と反応する人は誰もいない
従業員数が十分に多ければ、誤検知が多すぎてITがほぼ毎日BitLockerキーを配らなければならない。一方で、実際の改ざんの痕跡には人々は注意を払うと思う
たとえばChromebookは、カーネルまで掌握するシステム全体の脆弱性があっても、再起動すれば一貫した、掌握されていない状態に戻るよう設計されている
モバイルエコシステムにも似た点がある。高価値標的に対するuntethered jailbreak、つまり持続型脱獄はほとんど存在しない
CellebriteのようなツールがPixelやiPhoneのようなハイエンド端末を攻撃する場合でも、通常は初回ロック解除の前後、つまりブートチェーンのセキュリティが最も強い時点を基準に脆弱かどうかを分類しており、持続的な掌握やダウングレード・リプレイ攻撃はほとんどない