如何攻擊物理隔離網(wǎng)絡(luò)？—再議英國(guó)核潛艇面臨的威脅
彈道導(dǎo)彈核潛艇被譽(yù)為是英國(guó)海軍最先進(jìn)的艦艇，其特點(diǎn)之一是對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)有較強(qiáng)的依賴(lài)性。為減少和避免來(lái)自網(wǎng)絡(luò)上的攻擊威脅，潛艇在建造初期的設(shè)計(jì)和之后的運(yùn)行維護(hù)期間，加入了多種網(wǎng)絡(luò)防護(hù)措施。但是，這樣是否就能夠預(yù)期效果呢?其實(shí)，還有很多方式會(huì)對(duì)潛艇安全造成威脅。
潛艇的安全手段
在彈道導(dǎo)彈核潛艇建成之初，有英國(guó)官員聲稱(chēng)該艦艇不會(huì)被黑客入侵，因?yàn)樗幱?ldquo;物理隔離”的狀態(tài)。什么是物理隔離(air gap)?《Hacking UK TRIDENT: A Growing Threat》報(bào)告中做了兩種定義：一是，當(dāng)一個(gè)安全計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)在物理空間上獨(dú)立于其他不安全的網(wǎng)絡(luò)(尤指公共互聯(lián)網(wǎng)或不安全的局域網(wǎng))時(shí)，我們認(rèn)為該安全計(jì)算網(wǎng)絡(luò)處于物理隔離狀態(tài);二是，為了避免傳輸率和數(shù)據(jù)包尺寸過(guò)大，在不安全網(wǎng)絡(luò)上使用專(zhuān)用加密設(shè)備傳輸隧道包，也被認(rèn)為是物理隔離的。很明顯，按照第一種定義，巡邏中的彈道導(dǎo)彈核潛艇位于海中，從潛艇本身到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都是是處于物理隔離的，因?yàn)槌邮胀獠亢?jiǎn)單數(shù)據(jù)外，潛艇無(wú)法連接到互聯(lián)網(wǎng)或其他網(wǎng)絡(luò)。
此外，潛艇在運(yùn)行期間還禁止外接存儲(chǔ)設(shè)備和進(jìn)行無(wú)線(xiàn)連接，并增加了電磁泄漏防護(hù)等手段。
但這樣處于“物理隔離”狀態(tài)下的潛艇網(wǎng)絡(luò)安全是否萬(wàn)無(wú)一失呢?
物理隔離攻擊
最近的安全事件(如Stuxnet，Duqu和BlackEnergy3)證明，物理隔離和網(wǎng)絡(luò)隔離不能實(shí)現(xiàn)對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)攻擊的有效防御。每個(gè)電子系統(tǒng)不可避免地需要更新代碼，通過(guò)U盤(pán)或其他更復(fù)雜的方式接入系統(tǒng)，并由此產(chǎn)生攻擊隱患。
圖1 Stunex攻擊示意圖
近年來(lái)，對(duì)物理隔離網(wǎng)絡(luò)的滲透測(cè)試一直是安全領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。2013年，研究學(xué)者證明了聲信號(hào)破壞物理隔離狀態(tài)的可行性;2014年，研究學(xué)者提出了一種名為AirHopper的分叉攻擊模式，利用手機(jī)實(shí)現(xiàn)了FM頻率信號(hào)與處于物理隔離狀態(tài)的計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸;2015年，研究學(xué)者又提出了一種利用蜂窩頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)處于物理隔離狀態(tài)的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)竊取。
圖2 物理隔離攻擊示意圖
除了以上研究學(xué)者利用各種技術(shù)對(duì)物理隔離網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行滲透測(cè)試外，彈道導(dǎo)彈核潛艇還面臨著來(lái)自?xún)?nèi)部與外部的各種威脅。
潛在的攻擊載體——人
任何復(fù)雜系統(tǒng)中最薄弱的環(huán)節(jié)往往是負(fù)責(zé)管理它的人，他們也是網(wǎng)絡(luò)攻擊的目標(biāo)。 據(jù)估計(jì)，全球80%的網(wǎng)絡(luò)攻擊來(lái)源于社會(huì)工程和釣魚(yú)。著名的黑客Kevin Mitnick將自己描述為一個(gè)專(zhuān)注于開(kāi)發(fā)人類(lèi)弱點(diǎn)的社會(huì)工程師，無(wú)論網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多么嚴(yán)格，除非所有參與者保持高度警惕，否則他們極易受到操縱或誤導(dǎo)。
2015年5月，船員William McNeally描述了他對(duì)核潛艇運(yùn)行安全的擔(dān)憂(yōu)。他發(fā)現(xiàn)，在Faslane基地靠岸以及水下運(yùn)行時(shí)，核潛艇的安全防護(hù)級(jí)別很低。船員和指揮官普遍能力不足，不能有效執(zhí)行安全規(guī)定。作為一名初級(jí)船員，他和其他人經(jīng)常進(jìn)入基地的潛艇，但沒(méi)有人檢查他們的行李。由此讓人質(zhì)疑，是否存在向核潛艇的三叉戟系統(tǒng)傳送網(wǎng)絡(luò)武器的可能?
由于潛艇上有用于娛樂(lè)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口，通過(guò)使用個(gè)人計(jì)算機(jī)就能將惡意軟件引入甚至寫(xiě)入到潛艇上，使用U盤(pán)、SD卡等移動(dòng)存儲(chǔ)介質(zhì)就能將惡意代碼引入到控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。
外部威脅攻擊
供應(yīng)鏈與施工
潛艇的采購(gòu)和運(yùn)行涉及研發(fā)、制造、組裝、海上試航、武器研制、部署和維護(hù)等幾個(gè)階段。在制造、裝配和維護(hù)階段，安全漏洞會(huì)被有意或無(wú)意引入，以備將來(lái)使用。其次，惡意軟件可能會(huì)上傳到組件或組件網(wǎng)絡(luò)中，然后使其處于休眠狀態(tài)，以便在預(yù)定義的時(shí)刻或特定情況下進(jìn)行激活。
網(wǎng)絡(luò)間諜活動(dòng)可在施工前或施工期間進(jìn)行，以獲得高密級(jí)的設(shè)計(jì)信息或操作秘密，能夠追蹤潛艇。黑客組織”the Shadow Brockers”被認(rèn)為是2017年5月“WannaCry蠕蟲(chóng)”背后的操縱者。該組織于5月16日聲稱(chēng)擁有數(shù)個(gè)國(guó)家的核能和導(dǎo)彈有關(guān)的數(shù)據(jù)，他們將在未來(lái)幾個(gè)月內(nèi)公開(kāi)發(fā)布。
美國(guó)的防衛(wèi)實(shí)驗(yàn)室和承包商參與制造和維護(hù)三叉戟導(dǎo)彈，其軟件和火力控制系統(tǒng)(英國(guó)所依賴(lài)的)過(guò)去一直是黑客用于尋求核相關(guān)敏感情報(bào)的攻擊對(duì)象。我們可以推斷，位于伯克郡的設(shè)計(jì)和維護(hù)英國(guó)核彈頭的The Atomic Weapons Establishment將會(huì)是黑客的主要攻擊對(duì)象。同樣的還有英國(guó)的主要潛艇外包商BAE Systems、Rolls Royce和Babcock以及他們供應(yīng)鏈內(nèi)的公司。
圖3 位于伯克郡的The Atomic Weapons Establishment
巡邏
針對(duì)處于通信接收模式下的巡邏潛艇的蓄意攻擊行為，有三種：巡邏前注入惡意軟件，內(nèi)部威脅(滲透)和對(duì)潛艇進(jìn)行外部無(wú)線(xiàn)電傳輸。
當(dāng)潛艇位于水下時(shí)，其內(nèi)置的低頻無(wú)線(xiàn)電不具備接收惡意軟件的帶寬，潛艇不易受到實(shí)時(shí)外部電子和通訊攻擊，但容易受到來(lái)自潛艇內(nèi)部的攻擊。一種可能的攻擊方式是來(lái)自黑客無(wú)線(xiàn)電傳輸設(shè)施的欺騙或錯(cuò)誤命令。這種攻擊雖然不常見(jiàn)，且需要特殊的設(shè)備和條件，但在潛艇運(yùn)行的任何階段，包括巡邏時(shí)都可以對(duì)通信設(shè)備進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電攻擊(通常更容易欺騙衛(wèi)星通信)。
設(shè)備與系統(tǒng)維護(hù)
維護(hù)包括系統(tǒng)的更換、重塑、重新配置、更新和升級(jí)。在此過(guò)程中，系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備進(jìn)行交互。惡意軟件可以有意或無(wú)意地上傳到使用存儲(chǔ)設(shè)備的潛艇子系統(tǒng)上，從而獲得設(shè)計(jì)或操作資源的權(quán)限。它也可能潛在地破壞或損壞導(dǎo)彈、導(dǎo)彈控制系統(tǒng)或任何其他艦上系統(tǒng)。而且這并不要求在潛艇、導(dǎo)彈或彈頭設(shè)施附近或任何承包商的設(shè)施中存在間諜角色。像施工階段一樣，維護(hù)的供應(yīng)鏈安全性較差，容易受到外部或內(nèi)部的攻擊。
圖4 潛艇承包商示意圖
結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上分析，我們可以確定物理隔離狀態(tài)下的網(wǎng)絡(luò)并非高枕無(wú)憂(yōu)，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)接觸的人以及在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)備生產(chǎn)、集成、升級(jí)、維護(hù)等過(guò)程中，也可能導(dǎo)致物理隔離網(wǎng)絡(luò)受到攻擊。
【本文為51CTO專(zhuān)欄作者“中國(guó)保密協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)分會(huì)”原創(chuàng)稿件，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系原作者】
