Evaluation des attaques sur protocole Bluetooth

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Description du stage

Dans le cadre de ma quatrième année d'études en Informatique, Microélectronique et Automatique, je dois effecuer un stage ingénieur de six semaines minimum. J'ai choisi d'effectuer mon stage à L'IRCICA (Institut de Recherche sur les Composants logiciels et matériels pour l’Information et la Communication Avancée) à Villeneuve d'Ascq. L'objectif de mon stage est d'évaluer les attaques sur le protocole bluetooth. Pour cela, je dispose d'une enceinte bluetooth Nokia Play 360° et d'un module Ubertooth One.

Avancement du Stage

Semaine 1

Prise en main du module Ubertooth One

Le module Ubertooth one est une plateforme open source destinée aux expérimentations sur le protocle Bluetooth. Le module comprend :

  • un microcontrôleur LPC175x ARM Cortex-M3
  • un module RF front end CC2400
  • un module de transmission sans fil CC2400
  • un port USB-A 2.0 permettant de le connecter sur un ordinateur
  • Un connecteur RP-SMA RF destiné à connecter une antenne Bluetooth

Il permet d'envoyer et de recevoir des paquets à 2,4 GHz, qui est la fréquence du Bluetooth, mais aussi de voir le traffic Bluetooth en temps réel en mode moniteur. L'appareil est comparable à un module Bluetooth de classe 1, c'est à dire qu'il a une puissance maximale de 100 mW (20 dBm) et une portée de 100 mètres sans obstacles.

Figure 1 : Module Ubertooth One et son antenne


Schematic de l'Ubertooth One

Installation des packages Ubertooth One

Le projet Ubertooth étant open source, l'intégralité du code nécessaire à l'utilisation du module est disponible librement sur Git. J'ai commencé par installer les différents packages nécessaires.

1) Tout d'abord : 

sudo apt-get install cmake libusb-1.0-0-dev make gcc g++ libbluetooth-dev \
pkg-config libpcap-dev python-numpy python-pyside python-qt4

2) Installation de libbtbb : 

sudo ldconfig

wget https://github.com/greatscottgadgets/libbtbb/archive/2017-03-R2.tar.gz -O libbtbb-2017-03-R2.tar.gz
tar xf libbtbb-2017-03-R2.tar.gz
cd libbtbb-2017-03-R2
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

3) Installation des outils Ubertooth : 

wget https://github.com/greatscottgadgets/ubertooth/releases/download/2017-03-R2/ubertooth-2017-03-R2.tar.xz -O ubertooth-2017-03-R2.tar.xz
tar xf ubertooth-2017-03-R2.tar.xz
cd ubertooth-2017-03-R2/host
mkdir build
cd build
cmake ..
make
sudo make install

4) Installation de Wireshark 

sudo apt-get install wireshark wireshark-dev libwireshark-dev cmake
cd libbtbb-2017-03-R2/wireshark/plugins/btbb
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_LIBDIR=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/wireshark/libwireshark3/plugins ..
make
sudo make install

sudo apt-get install wireshark wireshark-dev libwireshark-dev cmake
cd libbtbb-2017-03-R2/wireshark/plugins/btbredr
mkdir build
cd build
cmake -DCMAKE_INSTALL_LIBDIR=/usr/lib/x86_64-linux-gnu/wireshark/libwireshark3/plugins ..
make
sudo make install

5) Installation de Kismet 

sudo apt-get install libpcap0.8-dev libcap-dev pkg-config \
build-essential libnl-dev libncurses-dev libpcre3-dev \
libpcap-dev libcap-dev
wget http://www.kismetwireless.net/code/kismet-2011-03-R2.tar.gz
tar xf kismet-2011-03-R2.tar.gz
sudo mv kismet-2011-03-R2 /usr/src/kismet
ln -s ../ubertooth-2012-10-R1/host/kismet/plugin-ubertooth /usr/src/kismet
cd /usr/src/kismet
sudo ./configure
sudo make && sudo make plugins
sudo make suidinstall
sudo make plugins-install

Recherches sur le protocole Bluetooth

Généralités

Le Bluetooth est un standard de communication permettant l'échange bidirectionnel de données à très courte distance en utilisant des ondes radio UHF sur une bande de fréquence de 2,4 GHz. Son objectif est de simplifier les connexions entre les appareils électroniques en supprimant des liaisons filaires.

Historique
  • 1994 : création par le fabricant suédois Ericsson.
  • 1999 : sortie de la version 1.0 et du premier téléphone Bluetooth.
  • 2004 : sortie de la version 2.0 avec un meilleur débit (passage de 1 à 3 Mb/s).
  • 2009 : sortie de la version 3.0.
  • 2010 : sortie de la version 4.0 plus performante et moins gourmande en énergie. La bande passante permet des restitutions musicales stéréophoniques de qualité comparable au CD.
  • 2016 : sortie de la version 5 avec un débit théorique jusqu'a 2 Mb/s et rayon d'action jusqu'a 240 mètres.
Couche radio

La couche radio (la couche la plus basse) est gérée au niveau matériel. C'est elle qui s'occupe de l'émission et de la réception des ondes radio. Elle définit les caractéristiques telles que la bande de fréquence et l'arrangement des canaux, les caractéristiques du transmetteur, de la modulation, du récepteur. Le système Bluetooth opère dans les bandes de fréquences ISM (Industrial, Scientific and Medical) 2,4 GHz dont l'exploitation ne nécessite pas de licence vu la faible puissance d'émission et le risque faible d'interférences. Cette bande de fréquences est comprise entre 2 400 et 2 483,5 MHz. Différents types de modulations peuvent être utilisées par l'émetteur : PSK à 2, 4 ou 8 symboles. Le Bluetooth utilise 79 canaux numérotés de 0 à 78 séparés de 1 MHz. Le codage de l'information se fait par sauts de fréquence. Il existe 3 classes de modules Bluetooth sur le marché caractérisant leur puissance et leur portée :

  • Classe 1 : 100 mW (20 dBm), 100 mètres
  • Classe 2 : 2,5 mW (4 dBm), 10 à 20 mètres
  • Classe 3 : 1 mW (0 dBm), quelques mètres
Paquets Bluetooth
Forme générale
Code d'accès (Access code) En-tête (Header) Données (Payload)
68/72 bits 54 bits 0 à 2745 bits
Code d'accès (68/72 bits)
Préambule Code (Terminaison)
4 bits 64 ou 68 bits (4 bits)
0101 ou 1010
Permet de détecter le début de la trame
  • CAC (Channel Access Code)
  • DAC (Device Access Code)
  • IAC (Inquiry Access Code)
    • GIAC (Generic IAC)
    • DIAC (Dedicated IAC)
 0101 ou 1010
Permet de détecter la fin de la trame
En-tête (18 bits répétés 3 fois pour garantir la réception = 54 bits)
AMA Type Flow ARQN SEQN HEC
3 bits 4 bits 1 bit 1 bit 1 bit 8 bits
Active Member Address :
Adresse active de l'esclave
  • 0 pour le broadcast
  • 1 à 6 pour le périphérique
  • ID (0000)
  • NULL (0001)
  • POLL (0010)
  • FHS (0011)
  • SCO
  • ACL
 Contrôle de flow pour signaler que la mémoire tampon est pleine Automatic Repeat reQuest sequence Number :
  • ARQN=1 si paquet précédent bien reçu et SEQN=SEQN+1
  • ARQN=0 si paquet précédent pas bien reçu
 SEQuence Number :
Numéro de séquence 		Header Error Control
Types de paquets
  • Paquets de contôle :
    • ID : utilsé pour le paging, la recherche, les réponses. Il est Composé d'un DAC ou IAC.
    • NULL : utilisé pour faire une réponse de retour notamment lors d’une réponse à une requête POLL. Elle informe le maître sur le succès de la transmission. Ne dois pas être acquité.
    • POLL : idem que NULL mais doit être acquité. Il est envoyé par le maître à l’esclave pour l’obliger a répondre même si il n’a rien à dire.
    • FHS (Frequency Hopping Synchronisation) : utilisé pour synchroniser les esclaves lors de la mise en place du piconet.


  • Paquets SCO (liaison à connexion synchrone) :
    • Transmission voix temps réel, point à point, bidirectionnelle.
    • Débit à 64 Kbit/s pour être compatible avec les normes d'encodage.
    • Deux types de paquets SCO :
      • HVx (High quality Voice) sans correction d’erreur.
      • DV (Data Voice) porte à la fois les données et la voix. Le ratio voix-données est d’environ 1/3 pour 2/3.
Type Payload (30 octets)
HV1 Audio (10 octets) FEC (20 octets)
HV2 Audio (20 octets) FEC (10 octets)
HV3 Audio (30 octets)
DV Audio (10 octets) Header (1 octet) Données (0 à 9 octets) FEC (2/3 données) CRC (2 octets)


  • Paquets ACL (liaison à connexion asynchrone) :
    • Conçu pour l'échange de données.
    • Broadcast possible.
    • Deux types de paquets ACL :
      • DMx (Data Medium) avec un encodage permettant la correction des erreurs en ligne.
      • DHx (Data High) sans correction d'erreur pour un débit plus élevé.
Type Payload (0 à 343 octets)
DM1 Header (1 octet) Données (0 à 17 octets) FEC (2/3 données) CRC (2 octets)
DM3 Header (2 octet) Données (0 à 121 octets)
DM5 Données (0 à 224 octets)
DH1 Header (1 octet) Données (0 à 27 octets)
DH3 Header (2 octet) Données (0 à 183 octets)
DH5 Données (0 à 339 octets)
Le Bluetooth Low Energy (BLE)

Le Bluetooth Low Energy, Bluetooth 4.0 ou Bluetooth Smart est une alternative au Bluetooth "classique" (version 3.0 et inférieures), avec une réduction du coût et de la consommation en puissance, tout en conservant une portée de communication équivalente. Il cherche à adresser des appareils à faible puissance de calcul, à faible coût de production et dont l’espérance de vie est à maximiser. Le blutooth "classique" est donc plutôt destiné aux appareils diffusant beaucoup de données comme de l'audio ou de la vidéo alors que le Bluetooth 4.0 est plûtot destiné aux appareils diffusant peu de données tels que les capteurs, objets connectés nécessitant un plus faible débit de données. le Bluetooth Smart Ready est compatible avec les deux types de Bluetooth, il est destiné aux smartphones, ordinateurs, il permet de faire le lien entre les deux standards car ils ne sont pas compatibles.

Figure 2 : Bluetooth 4.0

La technologie Bluetooth Low Energy opère dans la même bnade de fréquence (2,4000 - 2,4835 GHz) que le Bluetooth classique, il utilise une modulation par déplacement de fréquence GFSK. 40 canaux physiques sont alloués, espacés de 2 MHz (80 canaux espacés de 1 MHz pour le Bluetooth "classique"). Trois d'entre eux sont des canaux d'avertisement et les autres sont des canaux de données.

Figure 3 : Canaux physiques du BLE

Les trames BLE sont différentes de de celles du Bluetooth classique décrites ci-dessus. Les format de packets est unique et il existe deux types de packets : "Advertising" et "Data", ce qui simplifie le protocole.

Figure 4 : Trames BLE

Capture de paquets Bluetooth

Commandes Ubertooth
Analyseur de spectre
Capture de packets avec Kismet
  • Ouvrir Kismet en tant que root :
sudo kismet
  • Appuyer sur "OK" pour démarrer les services Kismet
  • Fermer la fenêtre console
  • Quand la fenêtre "Add sources" apparaît, taper "ubertooth" dans les champs "Intf" et "Name" et appuyer sur "Add"
  • Dans le menu, ouvrir Kismet/Plugins/Select Pluggin...
  • Autoriser le pluggin "ubertooth_ui.so" en appuyant sur espace et fermer


Capture de paquets BLE avec Wireshark

Pour capturer des paquets Bluetooth LE sur Wireshark, il faut suivre les instructions suivantes :

  • Ouvrir un pipe en tapant la commande :
mkfifo /tmp/pipe
  • Ouvrir Wireshark en tant que root : 
sudo wireshark
  • Cliquer sur "Capture" -> "Options" puis "Manage Interfaces"
  • Cliquer sur "New" puis taper dans le champ "type" :
/tmp/pipe
  • Sauvegarder et fermer puis appuyer sur "Start"
  • Sur un terminal, taper la commande :
ubertooth-btle -f -c /tmp/pipe

Afin de visualiser des trames BLE, j'ai utilisé un bracelet connecté Razer Nabu X. J'ai pu observer différentes trames sur wireshark.

  • Trame SCAN_REQ :

00 00 18 00 93 00 00 00 36 75 0c 00 00 62 09 00
13 f0 af 09 1a 1a 00 00 d6 be 89 8e c3 0c c1 06
c3 f6 5a 63 fb b3 02 30 34 fb 95 b0 3b

Semaine 2

Semaine 3

Semaine 4

Semaine 5

Semaine 6

Bibliographie

  • Getting Started with Bluetooth Low Energy

Kevin Townsend, Carles Cufi, Akiba & Robert Davidson
O'Reilly Media, 2014

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